沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)

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1、沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)摘要本次針對(duì)汽車(chē)消音器沖壓模具的設(shè)計(jì)，是對(duì)該項(xiàng)零件進(jìn)行沖壓工藝分析和有關(guān)工藝計(jì)算，確定合理的沖壓工藝方案，設(shè)計(jì)沖壓工序的三套模具，正確選用標(biāo)準(zhǔn)模架。使用UG三維繪圖軟件繪制模具圖，對(duì)沖壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分析。明確了設(shè)計(jì)思路，確定了沖壓成型工藝過(guò)程并對(duì)各個(gè)具體部分進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和校核。這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)可以確保模具工作時(shí)運(yùn)用可靠，保證與其他零部件的配合，根據(jù)三維圖繪制模具二維裝配圖和零件圖。關(guān)鍵詞工藝計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模架三維圖繪制二維裝配圖沖裁沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分離的沖壓工序，包括落料與沖孔。它可以制

2、成零件也可以為彎曲，拉伸，成形等工序準(zhǔn)備毛坯。從板料上沖下所需形狀的零件叫落料。在工件上沖出所需形狀的孔叫做沖孔。如下圖所示的墊圈，就是由落料和沖孔兩道工序完成。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，我們對(duì)沖裁過(guò)程及模具結(jié)構(gòu)有了一定的了解，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，才能真正理解沖裁過(guò)程的本質(zhì)，更好的制定工藝和設(shè)計(jì)模具。下面就沖裁變形過(guò)程，沖裁件質(zhì)量，沖裁橫刀口尺寸設(shè)計(jì)及沖裁模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行分析討論。第一節(jié)沖裁變形機(jī)理由圖1--2所示的沖裁變形過(guò)程可以看出，凸模與凹模組成上下刃口材料放在凹模上，凸模逐步下降使材料產(chǎn)生變形，直至全部

3、分離完成沖裁。隨著凸模作用在材料上的外力在數(shù)量上的變化，材料內(nèi)部的變形不斷發(fā)展。沖裁過(guò)程的變形分為三個(gè)階段（圖1--2）1.彈性變形階段凸模與材料的力與沖床沖頭接觸，材料發(fā)生彈性壓縮與彎曲并擠入凹模洞口。這時(shí)材料的內(nèi)力沒(méi)有超過(guò)屈服極限，若凸模卸壓，材料即恢復(fù)原狀，故稱彈性變形階段。2.塑性變形階段凸模繼續(xù)加壓，材料內(nèi)應(yīng)力達(dá)到屈服極限，部分金屬被擠入凹模洞口，產(chǎn)生塑形剪切變形，是閃亮的蛆切表面。因凹，凸模間存在缺陷，故在塑性剪切變形的同時(shí)還伴有材料的彎曲與拉伸。3.斷裂分離階段外力繼續(xù)增加材料內(nèi)應(yīng)力不斷增大，在凸

4、凹模刀口處由于應(yīng)力集中，內(nèi)應(yīng)力首先超過(guò)抗剪切變形強(qiáng)度，出現(xiàn)微裂紋。凸模繼續(xù)下壓，凸凹刃處的微裂紋不斷向材料內(nèi)部擴(kuò)展，材料即被拉斷分離。如果凹凸模間隙合理時(shí)，上下裂紋互相重合。應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)一步分析沖裁時(shí)變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，有助于對(duì)沖裁過(guò)程的了解。在凹模和凸模刃口的連線上取單元體，其應(yīng)力應(yīng)變圖如圖1--3所示。從圖中可以看出從中可以看出似乎金屬斷裂線AB，切削刃在線）在45度的主軸方向1是拉伸力與拉伸變形，拉應(yīng)力使金屬纖維伸長(zhǎng)；與其垂直的主軸方向2是壓力與壓縮變形，使纖維受擠壓；在切線方向的應(yīng)力與應(yīng)變很小，忽略

5、不計(jì)，與主應(yīng)力方向成45度角方向?yàn)樽畲蠹魬?yīng)力方向。而凹凸模之間存在間隙，使金屬伸長(zhǎng)并撕斷，致使破裂面粗糙，并帶有毛刺。上述沖裁過(guò)程還可以通過(guò)沖裁力的變化曲線圖得到確認(rèn)。從圖中可以看出，沖裁厚度為3毫米的材料時(shí)沖裁力與凸模行程的關(guān)系曲線。從圖中可以看出：在沖裁過(guò)程中沖裁力的大小是不斷變化的，AB段相當(dāng)于沖裁的彈性變形階段，BC段為塑性變形階段。當(dāng)材料內(nèi)應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度時(shí)材料開(kāi)始產(chǎn)生裂紋，CD段為裂紋擴(kuò)展直至材料分離的階段，DE段為將材料推出凹?？?。剪切斷面分析參見(jiàn)圖2--10上述沖裁過(guò)程得到的沖裁件截面并不是光滑

6、垂直的，斷面存在三個(gè)區(qū)域，即圓角帶，光亮帶與斷裂帶。圓角帶是在沖裁過(guò)程中塑性變形開(kāi)始時(shí)，由于金屬纖維的彎曲與拉伸而形成的，軟料比硬料的圓角大。光亮帶是在變形過(guò)程的第二階段金屬產(chǎn)生塑剪變形時(shí)形成的，有光滑垂直的表平面，光亮帶占全斷面的3/1~2/1,軟材料的光亮帶窄，隨材料機(jī)械性能，間隙，模具結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的變化。斷裂帶相當(dāng)于沖裁過(guò)程的第三階段，主要是由于拉應(yīng)力的作用，裂紋不會(huì)產(chǎn)生纖維斷裂擴(kuò)展，故表面極粗糙不光滑，且有料度。在沖孔的斷面上同樣具有上述特征，只是三個(gè)位置的分布與落料相反。沖裁件除斷面處有纖維度外，還

7、有點(diǎn)彎曲不平整，端面有毛刺，所以沖裁只是合與一般要求的沖裁件。第二節(jié)模具間隙沖裁時(shí)不僅要求沖出符合圖紙形狀要求的零件，還應(yīng)有一定質(zhì)量要求，沖裁件質(zhì)量是指切斷面質(zhì)量，尺寸精度及形狀誤差。切斷面應(yīng)平直，光潔，無(wú)裂紋和撕裂，夾層等缺陷，表面應(yīng)盡可能平坦，即穹弓小，尺寸精度保證不超出圖紙規(guī)定的公差范圍。影響沖裁質(zhì)量的因素很多，從生產(chǎn)實(shí)際知道，凸凹模具間隙大小及力的均勻性，模具刃口狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料品質(zhì)等，對(duì)沖裁件都有影響。但我們必須從其中找出對(duì)沖裁質(zhì)量起著決定性作用的因素，間隙就是一個(gè)。1.對(duì)沖裁斷面質(zhì)量的

8、影響比較平直光潔，且無(wú)毛刺。在這種情況下的零件斷面質(zhì)量認(rèn)為是良好的。當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，則上下裂紋互不重合。當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，裂紋也不重合。若間隙分布不均，局部毛刺，磨損不均，加劇；所以間隙不僅要選用合理，而且再制造和調(diào)整沖模時(shí)保證間隙均勻。2.間隙對(duì)尺寸精度的影響沖裁件的尺寸精度指沖件的實(shí)際尺寸與公稱尺寸的差值，差值越小則精度越高。這個(gè)差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件與凸模或凹模尺寸的偏差，一