沖壓模具的研究與設(shè)計(jì)

張萬東

摘 要：現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，模具對(duì)工業(yè)生產(chǎn)起舉足輕重的作用，它不僅可以使工業(yè)化生產(chǎn)效率得到大幅度的提升，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性得于保持。雖然模具在工業(yè)化生產(chǎn)過程中作用愈來俞大，在某些方面及領(lǐng)域它一樣還存在著一定的局限性。

關(guān)鍵詞：沖壓模具設(shè)計(jì);應(yīng)用;CAD

一、沖壓模具的設(shè)計(jì)分析

在模型圖紙的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)技術(shù)切入點(diǎn)以及實(shí)際需求做出全面的考量，以此對(duì)模具的工藝排樣和模具進(jìn)行十分合理的設(shè)計(jì)。以上步驟直接影響著最終批量生產(chǎn)最終得到的沖壓模具質(zhì)量。

1.1 設(shè)定目標(biāo)尺寸

在設(shè)計(jì)模具圖紙的過程中，第一步要在對(duì)產(chǎn)品圖的尺寸分析的基礎(chǔ)之上，對(duì)最終得到產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行設(shè)定。具體說來在產(chǎn)品公差允許的范圍之內(nèi)，以沖頭、凹模的磨損趨向?yàn)橐罁?jù)，決定最終的產(chǎn)品尺寸值。舉例來說，在孔徑尺寸的選擇上應(yīng)當(dāng)盡可能選擇上量值;在外形尺寸的設(shè)定上應(yīng)當(dāng)充分考慮沖頭磨損以及毛邊等因素，盡可能選擇下限值。綜合來說，目標(biāo)尺寸的選擇與設(shè)計(jì)人員工作經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)技術(shù)水平以及對(duì)產(chǎn)品的預(yù)見性判斷等多種因素具有密切的聯(lián)系。如若缺乏相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，可以參考借鑒成功的案例，以此保障最終得到產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.2 排樣圖設(shè)計(jì)以及力學(xué)計(jì)算

以產(chǎn)品成形工藝特點(diǎn)作為安排工步的參考標(biāo)準(zhǔn)，其基本原則是越精確的尺寸，其工步安排越要向后布置。力學(xué)計(jì)算的開展應(yīng)該以排樣圖的沖裁、成形，彎曲等工步為依據(jù)，計(jì)算彈簧力、卸料力以及沖裁力等力學(xué)指標(biāo)。力學(xué)計(jì)算與沖壓模型最終能否完成生產(chǎn)，在使用過程中能否承受機(jī)械壓力有著直接的聯(lián)系，因此力學(xué)計(jì)算的重要意義不言而喻。為了保障力學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)對(duì)使用過程中模具受到的外力因素做出全方位的考量。在確定了上述因素之后，根據(jù)確定的結(jié)果選擇符合需求的沖壓設(shè)備，接下來在進(jìn)行總裝圖的設(shè)計(jì)。

1.3 模具總裝圖繪制

模具總裝圖的繪制過程應(yīng)當(dāng)以排樣圖作為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。除此之外，需要結(jié)合沖壓設(shè)備的合模高度、設(shè)備的安裝尺寸以及送料裝置的高度，最終繪制出沖壓模具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

除此之外，在總裝圖的設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)兼顧運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性以及量產(chǎn)性。值得注意的是，目前多采用電腦繪圖的手段進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，除了小汽車部分零件的制造之外，多數(shù)的沖壓部品制造都是使用2D軟件進(jìn)行繪制的，在繪制的過程中必須要分清圖層，為后期的零部件拆分提供方便。

1.4 部件圖繪制

分層圖以總裝圖中的內(nèi)容為依據(jù)，將模具的零部件用標(biāo)準(zhǔn)化的視圖進(jìn)行表示。在零部件圖繪制的過程中應(yīng)當(dāng)充分考量零件在加工的過程中，可能會(huì)遇到的問題。例如，選擇什么樣的設(shè)備進(jìn)行加工能夠兼顧成本和精度;量產(chǎn)得到的零件強(qiáng)度是否足夠等等。

二、制件沖壓模具方案的計(jì)算

2.1 沖裁力、卸料力及推薦力的基礎(chǔ)計(jì)算

制件沖壓模具方案的計(jì)算精準(zhǔn)度直接影響著制造配件的質(zhì)量和品質(zhì)，因此對(duì)此環(huán)節(jié)一定要加以重視。

對(duì)模具沖壓里的計(jì)算包括計(jì)算.沖裁力、卸料力及推薦力三部分[2]。具體計(jì)算過程直接采用公式帶入的方式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

F沖=K×t×L×τ F卸=F沖×K卸 F推=F沖×K卸

上述公式中，沖切線長(zhǎng)度用L表示，材料厚度用t表示，材料抗剪強(qiáng)度用τ表示，推料力系數(shù)用K推表示，卸料力系數(shù)用K卸表示，頂料力系數(shù)用K頂表示，通過查閱數(shù)據(jù)表，可知τ為345Mpa。通過計(jì)算得到L為741.64mm，F(xiàn)沖為997876.62N，F(xiàn)卸為29936.297N，F(xiàn)推為134713.34N，那么可以計(jì)算出總沖裁力，F(xiàn)=F推+F卸+F沖=1162526.3N。

產(chǎn)品技術(shù)要求中，選用JC21-160A型號(hào)壓力機(jī)作為電器設(shè)備，壓力機(jī)最大閉合高度用x表示，為450mm，最小閉合高度用表示，那么可以計(jì)算出為250mm，根據(jù)與公式Hmin+10≤H0≤Hmin，可以計(jì)算出260≤225+100≤445。

2.2 沖裁件排樣計(jì)算

確定搭邊值，工作間a和側(cè)搭邊值b分別為3mm和3.5mm。條料寬度計(jì)算以存在側(cè)壓裝置為主，經(jīng)過計(jì)算條料寬度為mm。材料利用率（η）的計(jì)算，利用公式×100%，經(jīng)計(jì)算η=73.81%。總的材料利用率（η總）的計(jì)算，利用公式×100%=η總，經(jīng)計(jì)算，η總為77.53%。

上述公式中，沖裁件面積用A表示，材料寬度用B表示，板材長(zhǎng)度用L表示，一張板上沖件數(shù)目用N表示，進(jìn)距用h表示，一個(gè)進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目用n表示[3]。制件材料質(zhì)量用G表示，利用公式G=V？ρ，經(jīng)計(jì)算，G為516.22g。條料總重量由8個(gè)制件構(gòu)成，G總為4129.76g。

因?yàn)樵撆浼扇∪斯に蜆拥姆绞竭M(jìn)行，所以排樣的重量不宜過重，這樣才能保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此要對(duì)條料重量進(jìn)行考慮。經(jīng)過計(jì)算材料鋼板選取1400*700規(guī)格，能夠促進(jìn)條料利用率的提升，排樣方式選為5*8，有利于鋼板裁剪成符合重量的條料，經(jīng)計(jì)算，確定這種方案是可行的。

2.3 凸模強(qiáng)度計(jì)算

沖孔鋼板，鋼板厚度為3mm，利用合金工具鋼凸模，直徑設(shè)置為5.5mm，凸模材料許用應(yīng)力用σ壓表示，為1800Mpa，板材抗剪強(qiáng)度用σb表示，為750Mpa。首先，校核壓應(yīng)力，借助公式，經(jīng)過計(jì)算約為2.3mm，因2.3mm低于設(shè)置直徑5.5mm，故表明設(shè)計(jì)合理。其次，校核彎曲應(yīng)力，利用公式85≤，經(jīng)計(jì)算約為16.86mm，借助公式F沖=K×t×L×τ，對(duì)直徑為5.5mm的圓凸模沖裁力進(jìn)行計(jì)算，F(xiàn)沖=1.3×3×17.279×345=23248.89（N），通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的模具長(zhǎng)度為16.86mm，超過15mm，符合彎曲長(zhǎng)度要求，故表明模具設(shè)計(jì)是合理的。

2.4 模具刃口尺寸計(jì)算

配做凸模時(shí)，把凹模作為外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)[4]。磨損凹模后，尺寸O1、O2、O3、O4、O5的尺寸增加，轉(zhuǎn)化工件外形尺寸，使其變?yōu)閱蜗蚬睿敲碈O1、O2、O3、O4、O5分別為124mm、48mm、mm、75mm和131mm，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)表，可以確定x1、x2、x3、x4、x5分別為1、1、0.75、1、1。利用公式，計(jì)算出O1、O2、O3、O4、O5分別為124mm、48mm、mm、75mm和131mm。

磨損凹模后，尺寸P減小，但尺寸P無公差需求，故P1為10mm。磨損凹模后，尺寸Q不發(fā)生變化，那么Q1、Q2、Q3、Q4分別為24mm、2mm、19mm和23mm。因此，參照上述凹模尺寸制作零件凸模刃口，需要控制雙邊間隙值為0.33～0.39mm。

配做凹模時(shí)，把凸模作為中間沖孔部分基準(zhǔn)[5]。磨損凸模后，尺寸R1、R2和R3均減小，但無公差要求，故R1、R2和R3，分別為6mm，5.5mm和22mm。

總語

隨著技術(shù)研究的深入和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，沖壓工藝取得了較快發(fā)展。CAD系統(tǒng)是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中主要運(yùn)用的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其能夠提高沖壓模具的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，大大提高企業(yè)的收益，并且延長(zhǎng)沖壓模具的使用壽命，因此在沖壓模具設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]左洪啟.CAD/CAM技術(shù)在沖壓模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2017.

[2]向偉，李波.沖壓模具設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用技術(shù)，2017，54：12-14.

[3]吳伯杰.沖壓工藝與模具[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.6.