接触片级进模设计及其制造工艺

接触片级进模冲压设计第1章 绪 论1.1模具工业在国民经济中的作用模具是现代化工业生产的重要工艺装备，它以特殊的形状通过一定的方式使原材料成型。例如，冲压件和锻件是通过冲压和锻造方式使金属材料在模具内发生塑性形变而获得的；金属压铸件、粉末冶金件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成型的。由于模具具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已经在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、机械制造、家电等行业得到及其广泛的利用。据统计，利用模具制造的零件，在飞机、汽车、拖拉机、电机、电器等产品中占60%80%；在电视机、计算机等行业占到了80%以上；在自行车、手表、洗衣机、电冰箱、电风扇等轻工产品中占到了85%以上。据国际生产技术协会统计，到2000年止，机械零件粗加工的75%和精加工的50%都是由模具来完成的。随着社会经济的发展，人们对工业产品数量、品种、质量及款式都有越来越高的要求。为了满足人类的需要，世界上各工业发达的国家都十分重视模具技术的发展，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，并取得了显著的经济效益。美国是世界上超级的经济大国，也是世界模具工业的领先国家。据1989年统计，美国模具行业有12554个企业，从业人员17。28万人，模具总产值达64.47亿美元。日本模具工业是从1957年开始发展起来的，当年模具中产值仅有106亿日元，到了1991年总产值已超过了17900亿日元，在34年中增长了169倍，这也是日本经济能飞速发展，并在国际市场上占有一定优势的重要原因之一。现在，日本的模具工业已经发展到了高度的专业化、标准化和商品化。现在，大家都意识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已经成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具工业能促进工业产品生产的发展和质量的提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国家的高度重视和赞赏。模具也被誉为“进入富裕社会的原动力”、“金属加工业中的帝王”等。因此可以断言，随着工业生产的迅速发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，模具技术也会不段的发展，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。1.2全球模具发展概况全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与中国，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。1.2.1各国产业形貌在全球主要模具产销国家当中，中国模具企业及从业人数最多，近七成属于国有企业，外资企业亦占多数，大型模具厂员工约600700人，更有规模达上千人的公司，台商投资的富士康集团(Foxconn)员工人数将近6,000人最具代表性，中型模具厂则150300人之间，小型模具厂也至少有50人左右，其他国家的模具业则多以中小型企业型态经营。在产品类別上，2002年日本与中国偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其他模具产值比重最大，占总产值四成七。在应用市场方面，日本、韩国、美国与德国以汽車模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。依照2002年各国出入差状況来看，日本、南韩及德国的模具属与出口大国，中国与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，須借进口模具以满足下游市场的产品制造。由2002年各国主要进出口国別分析，与地域分布有极大的关联性，进出口地区多属邻近国家，而日本较特別的是出口地区以美国为主，但随着中国近年各下由游产业快速的发展，已有渐渐转向拓展中国市场的趋势。在各国工资方面，根据美国国贸局2002年所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水平为$12.13$19.28，设计人员则为$16.91$25.26，日本与美国则介于中中间，中国工资最低，技术人员年薪仅$732$5,853，设计人员仅为$2,927$5,853，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能僱用德国技术人员约38天左右，由此可看出先进国家与中国低廉的工资成本差距如此之大。各国模具产业概況详如表11所示。表11 全球主要模具生产国家产业概況国別日本中国韩国美国德国企业家数12,000家18,000家4,000家7,000家5,000家从业人数11万3千人50万人3万5千人12万9千人3万4千人企业类型小型企业大中型企业小型企业中小型中小型产品类别冲压模与塑料模占八成冲压模与塑料模占八成其他模具占四成七冲压模、塑料模为主冲压模、塑料模为主出入超状況强出超国强入超国强出超国准入超国准出超国主要进口国韩国日本日本加拿大瑞士主要出口国美国香港日本加拿大捷克平均工资(美元)时薪$822年薪$58510,243-时薪$18.4时薪$125产值(百万美元)2001年13,131.53,817.81,722.613,204.03,248.82002年11,985.84,349.02,400.0-资料来源：海关进出口月报、美国国贸局模具产业白皮书/金属中心IT IS计划整理1.2.2各国优劣势分析技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同時也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视拋光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在运营成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。以韩国及中国来看，我国在技术上落后于日、美、德，但仍优于南韩，同时在生产速度上也遥遥领先。韩国与中国最近几年的市场生产与需求规模呈现成长走势，尤其中国模具业正在快速发展中，各国知名大厂进驻生产设备，无形中提升模具开发实力与设计能力。成本方面，中国特别是大陆与韩国因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价行销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功拓取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。综合上述全球主要模具生产国家的相对优劣势分析，整合如表12所示。表12 全球主要模具生产国家优劣势分析相对优势相对劣势日本1.拥有技术精良的技术人才。2.产品具有高品质保证。3.生产前置期短(快速)。4.拥有高精密度、高复合度模具的制造能力。1.相对高的劳工成本。2.产业空洞化问题严重。3.在CAD/CAM及3D电脑软件自主能力及运用上，与技术先进国相比仍嫌不足。韩国1.因1998年经济危机，韩元大幅贬值人事费用降低，模具价格下跌，有利于出口成长。2.小型模具厂的背后多有大企业财力及物力的支持。1.模具设计能力与开发技术仍待加强。中国1.具有高度成长的国内市场并拥有国际级下游客戶群聚效应。2.拥有低工资的技术与设计人员。3.成立模具专区，吸引国外厂商形成产业聚落。1.缺乏灵活与创意的模具设计能力。2.尚无生产高精度与复杂度高的技术能力。3.须以高成本进口模具，以弥补国内产品低品质的供应缺口。美国l.高品质产品。2.拥有研发实力与创新性的生产技术。3.产品设计能力强。4.拥有广大应用市场及多样化的下游客户基础。1.劳工成本高。2.市场价格高。3.相关员工福利、训练、保险费用负担重。德国1.拥有优良传统模具的生产工艺技术。2.坚实的师徒制习艺计划。3.在生产高精密度和复合度的模具上，拥有相当好的技术基础。1.劳工成本高。2.下游客户移至生产成本较低的国外据点,包括东欧和中国。3.模具制造厂也随着下游客户外移。资料来源：美国国贸局模具产业白皮书/金属中心IT IS计划整理整体而言，由于各国模具业者，多以中小企业型态经营，因此，在营运资金筹措上常遭遇困难，若无政府政策支持与税务的优惠措施，模具业者将形成单打独斗与孤军奋战的状况，更不论与国际市场的竞争。除了中国与韩国外，各国均面临劳工成本高的压力，因此唯有提高产品附加价值才能摆脱低成本的竞争压力。1.3中国模具发展状况目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命12亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。根据“十一五”模具行业发展的任务与目标，我国模具行业要努力解决发展中存在的诸如总量供不应求、产品结构不够合理、工艺装备水平低、配套性不好、利用率低、技术人才严重不足、专业化程度低、高档产品市场缺席。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口等问题，使我国模具行业向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展，在良好的市场环境中稳步前进。 44第2章 零件工艺性分析及工艺方案的确定2.1冲压工艺分析：冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级等是否符合冲裁加工的工艺要求。良好的结构工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单而寿命高，产品质量稳定，操作简单，等等。通常对冲裁件的工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。2.1.1冲裁件的形状和尺寸要求冲裁件的形状应尽可能简单、对称，最好采用圆形、矩形等规则的几何形状或由这些形状所组成， 使排样时废料最少。冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断，其合理间隙如表： 表21冲裁件的凸出悬臂和凹槽的最小宽度B 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免夹角出现，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象；同时可以防止尖角部位的刃口磨损过快而使模具寿命降低。其圆角半径的最小值见表12：表22 冲裁件圆角半径r的最小值冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关，见表13： 表23 冲孔的最小尺寸冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离不应过小，否则模具的强度和冲裁件的质所量不能保证，其许可值如图21所示。 图21 孔边距在弯曲件或拉延件上冲孔时，为了避免冲孔时凸模受水平推力而折断，孔边与零件直边间应保持一定距离。一般取CR+0.5t.2.1.2 冲裁件的精度与断面粗糙度冲裁件的经济精度一般不高一IT11级，最高精度可达IT89级。冲孔比落料的精度要高一级。冲裁件的断面粗糙度一般为R=12.550nm，最高可达R=6.3 nm。2.1.3冲裁的经济性 所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果，即生产中的“最小最大”原则。1.冲裁件的结构形状和尺寸冲裁件的结构形状和尺寸，应该有良好的工艺性，以便于冲裁，便于模具的制造，降低成本。在设计冲裁件时，在不改变使用性能的前提下，可以直线代曲线，以圆形代矩形，使凸、凹模制造与维修方便，减少钳工工作量，降低成本。尽量采用通用尺寸和标准直径，充分利用现成的工艺装备。尺寸标注要灵活，以扩大冲裁工艺的灵活性。2.合理利用材料在满足零件强度和使用要求的情况下，减少材料厚度。冲裁件的结构形状符合少、无废料排样时，能提高材料的利用率，从而减少材料消耗，降低成本。采用套料排样冲裁，充分利用结构废料，既省料又省工序，经济效果显著，如图所示。 图22 套料连续冲裁的排样合理选用冲裁件材料。在保证使用和工艺性能的同时，尽量采用“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”和统一及减少品种规格等一系列降低成本的措施。综上所述，如图23为零件图，此零件为接触片，满足冲裁工艺性各方面的要求，也可以保证足够的刚度和强度。由资料2表41查出其精度等级为IT12级。 图23 零件图此零件经过几何形状的分析可以看出，它是由两个半圆和中间的矩形部分组成。圆形部位的成型是拉深。中间矩形部位的成型很象是弯曲，但实际上它是侧壁的材料在凸模的压力作用下沿凹模的圆角流进去的，属于拉深。底部的三个孔是由冲孔工序完成。两翼的U形部分既可以由反拉深完成，也可以由翻边完成，但此零件的尺寸较小，如果采用反拉深凸模的制造精度和强度要求都比较高，凸、凹模的安装空间狭小，难以实现，所以选择翻边完成。2.2冲压工艺方案设计： 制定冲裁工艺方案就是要确定冲裁件的工艺路线。工艺路线不但影响产品的质量和效率，而且影响生产成本、劳动强度、设备投资等。因此制定工艺路线时，需要提出几个方案，进行分析对比，寻求最经济合理的方案。2.2.1工艺方案的分析：零件的形状表明，在拉深前该零件展开毛坯面积计算，将其分为直线和弯曲部分进行展开计算。由参考文献3上表27用插值法取的该零件的中性层系数为x0=0.345;则由参考文献1公式（312）可以得出该零件的展开长度为： （21） =（16.50.67521.2752）（0.50.3450.3）3.14（0.4520.3450.3）3.142 =23.35同理，零件的展开宽度为： L宽 =3.3（0.4520.3450.3）1800/18003.142（0.50.3450.3）3.14 =10.16工件的形状是翻边以后的形状,在翻边以前应该按翻边工序计算展开.其展开图为:图中示的？为零件在翻边时落料凸模的直径d凸 =10.16-3.3-1.4-3.794.61 =7.28该零件的主要工序拉深工序按下列顺序进行计算：2.2.1.1计算毛坯直径 单工序拉深模的毛坯是单个的，级进模的坯料则是条料。计算毛坯直径是根据拉深成型以后，工件的表面积与毛坯面积相等的原理，进行毛坯直径的计算。按参考文献3表47中序号4的公式计算。既： (22)将图15与表中图相对应，d凸=7.27；d=4.3；H=1.7；r=0.5,代入上式，则： Di= =8.94mm 上述计算的Di是“计算毛坯直径”，还要加上修边余量而得出实际毛坯直径D。修边余量由参考文献2表71查出，其值=1.0mm 故实际毛坯直径D=Di+=8.94+1.0=9.94mm 2.4.1.2计算能否一次拉成由宽凸缘件第一次拉深最大相对高度h1/d确定能否一次拉深成形。判断的原则是：宽凸缘件的拉深系数大于该零件的第一次拉深系数极限值，或者零件的相对高度小于其第一次拉深的最大相对高度值，则该零件可以一次拉成。如图23所示，拉深高度h1=2mm,拉深筒直径d1=4.3mm,则h1/d1=0.465计算d凸/d，其中对应值，d1=4.3,则： 计算毛坯相对厚度。 根据以上参数，按资料2表48中查出1/的最大值为0。700.58。前面算出的本工件的最大相对高度值为0.465，故的出结论，该工件可以一次拉深完成。2.2.2搭边值的确定 排样中相邻两工件间的余料或条料与工件边缘间的余料为搭边。其作用是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料步距误差、送料歪斜误差等原因而冲裁出残缺的废品。搭边值要合理，过大材料的利用率低。值过小，就不能发挥搭边的作用，在冲裁的过程中会被拉断，造成送料困难，使工件产生毛刺，有时还会被拉入凸模和凹模间隙，损坏模具刃口，降低模具的寿命。搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿着落料毛坯周长的均匀分布不均匀，引起模具刃口的磨损。为了避免这一现象，搭边的最小宽度大约取为毛坯的厚度，使之大于塑变区的宽度。 本工件的材料塑性较好，工件本身的外形比较复杂，圆角半径比较小，所以起搭边值要取的大一点。2.2.4料宽的计算 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值，最大条料的宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间进送，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必需考虑到模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃，根据不同的结构分别进行计算。图27 有侧刃时的条料宽度当模具有侧刃的时候，条料宽度按下式进行计算： (23)式中 B条料的标称宽度; D工件垂直于送料方向的最大尺寸(); 1侧搭边(); 条料宽度公差(),见表25;侧刃数; C侧刃冲切的料边宽度(),见表26; 表25剪切条料宽度公差 ()表26 1和C的值 （）则根据上述要求，本零件条料的宽度为: 经圆整尺寸后，条料宽度取为302.2.5步距的计算步距是指条料在模具上每次送进的距离，步距的计算与排样的方式有关，每个步距可以冲出一个零件，也可以冲出几个零件。每次只冲出一个零件的进距A的计算公式为 A=B+ (24)式中 B平行于送料方向工件的宽度； 冲件间的搭边值；由零件的排样图可以看出，每一个进距只冲一个零件，即该零件的进距采用上式： A=B+ =9.94 +1.8 =11.74经圆整尺寸后A取值为12。第3章 主要工艺计算3.1冲压力的计算3.1.1计算原则 由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺才等于凹摸尺寸，冲孔件的小端尺寸等丁凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时，必须遵循下述原则： .落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格制件凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。 。 冲孔模先确定凸横刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的员大极限尺令保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹横刃口的标称尺寸应比凸模大最小合理间隙。 选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高23级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的ITl4级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应技“入体”原则标注为单向公差，所谓“人体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。3.1.2计算方法模具工作部分尺寸及公差的计算方法与加工方法有关，基本上可分为两类。 3.1.2.1凸模与凹模分开加：凸、凹摸分开加工，是指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸，此种方法适用于圆形或形状简单的工件，为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙Z不仅凸、凹模分别标注公差(凸模，凹模)，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件： 或取 也就是说，新制造的模具应该是如图31所示。否则，制造的模具间隙已超过了允许的变动范围，影响模具的使用寿命。图31 凸、凹模分别加工时的间隙变动范围3.1.2.2凸模和凹模配合加工： 对于冲制形状复杂或薄板制件的模具，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模(或凹模)作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸配做凹模(或凸模)，使它们保持一定的间隙。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“尺寸按凸模(或凹模)配作，保证双面间隙”。这样，可放大基准件的制造公差。其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制制造容易并容易保证凸、凹模间的间隙。本工件的此道工序为冲孔，冲孔应以凸模为基准件，然后配做凹模。先做凸模，凸模磨损后，刃口的尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况，如图19所示。应按三种不同的情况分别进行计算：a)冲孔件 ）凸模尺寸 图 32 冲孔件和凸模尺寸1）.磨损后凸模尺寸变小（A类），设工件尺寸为，则 (34)2).磨损后凸模尺寸变大（B类），设工件尺寸为，则 (35)3）。磨损后凸模尺寸不变（C类），按制件标注尺寸不同分为制件尺寸为时 (36)制件尺寸为时 (37)制件尺寸为时 (38)式中 A凸、B凸、C凸凸模刃口尺寸(); 凸模尺寸制造偏差(),;工件制造偏差,对称偏差时, =; 制件公差().本工件属于磨损后凸模尺寸变小(A类),则其尺寸按(34)式计算: = =3.1.3冲裁力的计算 采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算见下式： （39）式中 冲裁力（N） L冲裁件周长（） 材料厚度（） 材料抗剪强度（MPa） 考虑到凸、凹模刃口的磨损，模具间间隙的波动，材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需的冲裁力还需增加30，故选择冲床时的冲裁力（N）应为： （310）式中 材料的抗拉强度 则冲工件底部三个孔工件的冲裁力F2为： F2=3 =3（30.3700）N =31978.2N =5934.6N 冲两个切口用的工艺孔时的冲压力F3为： F3=2Lt =2(20.3700)N =2637.6N 冲两工艺孔间切口用的冲压力F4为： =230.3700N =4830N侧刃切边力的计算： F7 =Lt =240.3700N =5040N3.1.4卸料力、推件力和顶出力的计算 由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔的部分会紧箍在凸模上，而落下的部分会紧卡在凹模的洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力成为推件力；反向顶出来的力为顶出力。 F卸、F推、F顶是由压力机和模具卸料、顶件装置获得的，影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸、凹模表面精度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。要准确计算这些力比较困难，实际生产中采用下列经验公式进行计算： （311） 由2表215可以查出=0.040.07；=0.065；=0.08，则工件在各工位的总的卸料力为： =（F2F3） =0.065（5934.62637.611757.27）N =0.0520329.47N =1016.47N 总的顶料力为： =（F1F6F8） =0.08（580758072739.87）N =0.0814354N =1148N总压力F为： F=F1F2F3F4F5F6F7 =58075934.62637.6483011757.27580750401016.471148N =43978N3.2翻边模工作部分的设计计算进入翻边工序，工件先与带料脱离。由压杆压在凹模上，此时工件的外缘为平面，这时进行的翻边为外缘翻边。在两端，凸缘的材料在翻边模的作用下横向产生压缩的变形，周长被压短而形成工件最后的形状。对于这种翻边工序，需要计算翻边部位的变形量，如果变形量超过允许的数值，工件将产生褶皱，甚至把模具撑裂。3.2.1落料工序部分模具尺寸计算前面已经叙述过对于薄板制件的模具其凸、凹模采取配合加工的方法。落件以凹模为基准件，然后配做凸模。刃口尺寸的变化有增大、减小、不变三种情况因此凹模刃口尺寸应按不同情况分别计算。1)凹模磨损后尺寸变大。计算这类尺寸，按落料凹模公式进行计算： (312)2)凹模磨损后尺寸变小。计算这类尺寸，按冲孔凸模公式进行计算： (313)3)凹模磨损后尺寸不变。计算这类尺寸应按下述三科情况进行计算：制件尺寸为时 （314）制件的尺寸为时： （315） 制件尺寸为时 （316）Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸(mm)；A、B、C工件标称尺寸(mm)，工件公差(mm)；/工件偏差，对称偏差时，/2；凹模制造偏差(mm)，4； 本工件在凹模磨损后尺寸变大，应按（112）式进行计算： = =凸模尺寸的计算公式： （317）式中Zmin为凸、凹模最小合理间隙（双边），由1表26可以取出Zmin=0.03则： = =3.2.2翻边凸、凹模的设计 此工件的尺寸比较小，其凸模的尺寸应在拉深凸模的尺寸的基础上进行计算加工。则其配合图形如下： 图33 翻边凸模计算示意图由于此翻边凸模的形状比较特殊为一环状零件，则其内径按拉深凸模尺寸加上工件厚度再取适当的间隙值进行计算，公差按“入体原则”进行标注。则凸模工作部分刃口内径尺寸为： = =翻边凸模工作部分刃口外径的尺寸是在翻边凸模内径的尺寸上再加上工件U形空间允许的尺寸厚度；公差按照“入体原则”进行标注。由工件图可以看出工件U形空间允许的尺寸厚度值为18.417.5=0.9，则翻边凸模外径的尺寸为： = =凸模工作部分的高度H取为2.翻边凹模的刃口尺寸是在翻边凸模外刃口尺寸的基础上加上工件材料厚度而得到。公差按照“入体原则进行标注”，则翻边凹模的刃口尺寸为： = =则由图110可以看出：凹、凸模的工作部分厚度L是由落料凸模的刃口尺寸和翻边凹模的刃口尺寸决定的。L=7.28-6.44=0.84，两面的公差按相关凸、凹模作用面公差标注。翻边的变形程度用（118）式计算： （318） 按照上述，工件的对应值=1.485；R=1.4；则翻边变形量Ec为：E=1.484（1.41.485）=0.51与参考文献2表510中数值对照，变形量在允许范围之内。 翻边力F8的大小采用下式计算：F= （319）式中 L翻边周边长度（） K因数，一般取0.20.3。 F8=1.25（2.8132）0.3700MP0.3=2739.87N第4章 冲模材料与寿命为了延长冲模寿命，提高经济效益，合理选用模具材料成为模具设计的关键因素。因在选用制造模具中的主要罗件材料时，必须满足下列基本要求：(1)根据模具的工作特点相失效形式，确定模具的失效抗力指标，尤其是对韧性的要求； (2)考虑其冷加工工艺性能和热加工工艺性能是否良好； (3)分析模具的使用价值尽可能采用质量好的钢种，但也要考虑到其经济性，模材料费用占整个模具制造费用的6一10； (4)为了降低生产成本，注意采用微变形模具钢以降低机械加工费用； (5)对于特种要求的模具应开发应用具有专门性能的模具钢。选择材料要根据模具零件的使用条件来决定。做到在满足主要条件的前提下选择价格低的材料，使成本最低。如多工位级进模应是高效、精密长寿命的三高模具，凸模、凹模的材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性和足够的韧性，故必须选用优质合金钢和硬质台金材料。在拉深不锈钢制件则，所选用的材料应有较高的抗粘附性。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求模具在工作过程中变形小。另外还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模4.1冲模材料4.1.1冲模材料的种类制造中小型冲模的材料有：铸铁、碳钢、合金钢、硬质合金、钢结硬质合金以及锌合金、低熔点合金、塑料、环氧村脂、聚氨酯橡胶、层压桦木板等。凸、凹模所使用的模具钢有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬工具钢、高碳中铬工具钢、高速钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等。现将常用模具钢的特点和应用范围简介如下：(1)碳素工具钢：在模具中应用较多的碳素工具钢是T10A，其优点是加工性好，价格便宜，但淬透性和红硬性差、热处理变形大。它适用于制造工作负荷不大、形状简单的凸、凹模和要求耐磨的其他模具零件。(2)低合金工具钢：用于模具的低合金工具钢有CrWMn、9CrSi、GCrl5、9Mn2V等。这类钢具有高的淬透性，热处理变形小，有较高的硬度和耐磨性，常用作形状复杂的中小型冲裁模和弯曲模的成形零件。其中9Mn2v是适合我国资源的钢种，可以用它宋代替其他低合金工具钢用作模具。(3)高碳高铬工具钢：常用的高碳高铬工具钢有Cfl2、Crl2Mo和Crl2MoV，它们具有较好的淬硬性、淬透性、耐磨性、抗回火稳定性及热处理变形小等优点。但碳化物偏析严重，必须在三方六面进行反复镦拔(轴向镦，径向拨)改锻后，使用效果才更加显著(坯料直径在25mm以下的可以不经改锻)，常用于制造工作负荷大或要求耐磨性高、形状复杂的精密模具的凸、凹模和冷挤压凹模。(4)高碳中铬工具钢：用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4WV和Cr4W2MoV，其中Cr4W2MoV是一种空冷微变形模具钢，其特点是共晶碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬硬性、淬透性、耐磨性和尺寸稳定性，可以作为上述几种高碳高铬工具钢的代用品，常用作硅钢片冲裁模的凸、凹模和冷挤压凹模。(5)高速工具钢：高速工具钢内含有一定的C，Cr，W，V，Co等元素，热处理后可以显著提高硬度、耐磨性和韧性等性能，是制造高精密高耐磨的高级模具材料，但价格较贵，因此适用于小件的冲模或用于大型冲模的嵌镶部分。由于高速钢在高温状态下能保持高的硬度和耐磨性，所以又是制造温挤、热挤、塑料等模具的极好材料。我国高速钢的主要型号有：W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、W12Mo3Cr4V3N(V3N)、W9Mo3Cr4V3、W6Mo5Cr4V3、W6Mo5Cr4V5SiNbAl(B201)、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V等。(6)高强度基体钢：高强度基体钢是指抗拉强度、屈服强度、屈强比都高且具有一定的塑性和韧性的钢种。目前可分为基体钢和马氏体时效钢两类，用于模具的主要是基体钢。基体钢是以高速钢成份为基休，具有高速钢淬火成份的钢种。这类钢具有很高的抗压强度和耐磨性，在高温条件下使用时，其红硬性很好；由于含碳量比高速钢低，故淬火剩余碳化物少、韧性可以大为改善，因其耐磨性比高速钢和高铬合金钢差，多用于热处理中容易开裂的模具。我国近年来试用的新钢种有：65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)、7Cr7Mo3V2Si(LD一1)、6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)及5Cr4Mo3SiMnVAl(012AL)等。(7)钢结硬质合金和硬质合金：钢结硬质合金和硬质合金中含有3597%的WC或TiC，因而硬度特别高，耐磨性也特别好，但是冲击韧性很差。随着碳化物WC或TiC含量的增加，其硬度和耐磨性增加，冲击韧性下降。因此用作冲模材料时，一般使用含Co量多的，韧性大的型号。例如YG20、Y625等型号可用于冷挤压模；YGl5、YG20用于冲裁模，YGll或YG8用于拉伸模。不论用于何种模具，由于硬质合金和钢结硬质合金价格贵，且韧性又差，因此宜用镶嵌件形式在模具中出现，以提高模具的使用寿命及节约材料，降低模具成本。近年来，国内外发展了超细粒度(晶粒)的硬质合金其硬质相和Co接合力好、硬度高及强度好，是制造三高模具的理想材料。硬质合金作模具材料，在硬度和耐磨性方面是比较理想的，但韧性较差、加工困难。钢结硬质合金却起到取长补短的作用。钢结硬质合金是以铁粉加上少量的合金元素粉末(如铬、铂、钨等)做粘结剂以碳化钛或碳化钨为硬质相，用一般粉末冶金法烧结而成它的基体是钢，因此可以切削、焊接、热处理，还可以锻造。同时，又因它含有大量的碳化物，故保留了硬质合金的高硬度(经淬火、回火后HRC6873)和良好的耐磨性。我国钢结硬质合金的型号有GT35、TLW50、GW50和DT等。常用于模具的硬质合金牌号有Y68、YG8C、YG11、YG11C、YG15、YG20C、YG25等。(8)调质预硬钢：这类钢就是合金结构钢，本是热作模具钢种如42CrMo等。由于这类钢有一定的淬透性，经过调质处理后即可用于模具，因此近年来国内外将许多冲模都用这类钢制造。既便于切削加工，又简化了热处理工艺，降低了模具成本、提高了模具制造精度。用这类钢可以制造的模具主要零件有：小批量生产的成形模，拉深模的凸模和凹模各种模具的卸料板、凸模座、凹模座、凸模衬套、凹模衬套、凸模和凹模固定板及垫板等。我国常用的预硬钢钢号有：35Cr，35CrMo、40Cr，42CrMo等。(9)火焰淬火钢：为了适应大型模具的发展，我国开发的用火焰淬硬的新型模具钢7CrSiMnMoV(CH一1)，6CrNiMnSiMoV(GD)，用于制造大型模具的刃口及拉伸模的型面。当模具全部加工完成后，在刃口或需要硬度和耐磨性的部位，用氧一乙炔火掐加温至淬火温度，在空气中冷却，即可达到淬火的目的。由于该钢种淬火温度区宽、所以操作方便，变形小。整个凸模式凹模均可采用分段淬硬。(10)热处理微变形钢Cr2Mn2SiWMoV：减小热处理变形，对形状复杂、精密的模具更为需要。我国研制的Cr2Mn2SiWMoV钢，其热处理变化率低于0004，比正常的变形率0102低得多。实践证明：在100mm的矩形凹模上，长和宽的尺寸变化为001mm。若研磨得当，其尺寸变化率几乎可控制为零。4.1.2冲模常用零件的材料及热处理要求冲模零件常用的材料及热处理要求见表41可供选用时参考。 表41 冲模常用材料及热处理零件名称材料牌号热处理硬 度 HRC凸模凹模冲裁模产量小T8A、T10A、9Mn2V、GrWMn淬火58626264产量大CrWMn、Cr12MoV、GCr15、YG15、5Cr6WV、Cr4W2MoV弯曲成 形凸 模凹 模T8A、T10A、9Mn2V、CrWMn、Crl2MoV、GCrl5、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、65Nb、G