材料成形工藝實驗部分

材料成形工藝實驗部分第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計案例沖裁、彎曲、拉深及成形是冷沖壓的基本工序，下面以常見的沖裁件、彎曲件為例介紹沖裁、彎曲的沖壓工藝分析、工藝方案擬訂、工藝計算、模具設(shè)計和模具主要零件的加工工藝。案例1沖裁模設(shè)計如圖1所示零件：托扳生產(chǎn)批量：大批量材料：08Ft=2mm設(shè)計該零件的沖壓工藝與模具

圖1托板零件圖第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）沖裁件工藝分析1.材料：08F鋼板是碳素結(jié)構(gòu)鋼，有良好的可沖壓性能。工件結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件內(nèi)、外形應(yīng)盡量避免有尖銳清角，為提高模具壽命，建議將所有90°清角改為R1的圓角。尺寸精度：零件圖上所有尺寸均未標(biāo)注公差，屬自由尺寸，可按IT14級確定工件尺寸的公差。經(jīng)查公差表，各尺寸公差為：

58-0.74、38-0.62、30-0.52、16-0.44、

14±0.22、17±0.22、Ф3.5+0.3結(jié)論：可以沖裁第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)形式經(jīng)分析，工件尺寸精度要求不高，形狀不大，但工件產(chǎn)量較大，根據(jù)材料較厚2mm的特點，為保證孔位精度，沖模有較高的生產(chǎn)率，通過比較，決定實行工序集中的工藝方案，采取利用導(dǎo)正釘進(jìn)行定位、剛性卸料裝置、自然漏料方式的級進(jìn)沖裁模結(jié)構(gòu)形式。第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）模具設(shè)計計算排樣

計算條料寬度及確定步距首先查有關(guān)表確定搭邊值。根據(jù)零件形狀，兩工件間按矩形取搭邊值b=2，側(cè)邊按圓形取搭邊值a=2。級進(jìn)模進(jìn)料步距為32mm。條料寬度按相應(yīng)的公式計算：

B=(D+2a)-⊿

查表⊿=0.6B=(58+2×2)-0.6=62-0.6圖2排樣圖第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2．計算總沖壓力由于沖模采用剛性卸裝置和自然漏料方式，總的沖壓力為：P0=P+Pt；P=P1+P2式中P1--落料時的沖裁力；P2--沖孔時的沖裁力；Pt--推料力按沖裁力計算公式計算落料時的沖裁力：

P1=KLtτ；查τ=300MPa=1.3[2×（58-16）+2×（30-16）+16π]×2×300/1000(kN)≈126.55(kN)按沖裁力計算公式計算沖孔時的沖裁力：

P2=1.3×4π×3.5×2×300/1000(kN)≈34.3(kN)計算推料力Pt：Pt=nKtP取n=3，查表Kt=0.055Pt=3×0.055×(126+34)≈26.5(kN)

計算總沖壓力P0：P0=P1+P2+Pt=126.55+34.5+26.5=187.5(kN)第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3．確定壓力中心根據(jù)圖3分析，因為工件圖形對稱，故落料時P1的壓力中心在O1上；沖孔時P2的壓力中心在O2上。設(shè)沖模壓力中心離O1點的距離為X，根據(jù)力矩平衡原理得：P1X=(32-X)P2由此算得X=7mm

圖3壓力中心第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月4．沖模刃口尺寸及公差的計算刃口尺寸計算方法及演算過程，將計算結(jié)果列于表1。在沖模刃尺寸計算時需要注意：在計算工件外形落料時，應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，凸模尺寸按相應(yīng)的凹模實際尺寸配制，保證雙面間隙為0.25~0.36mm。為了保證R8與尺寸為16的輪廓線相切，R8的凹模尺寸，取16的凹模尺寸的一半，公差也取一半。

在計算沖孔模刃口尺寸時，應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，凹模尺寸按凸模實際尺寸配制，保證雙面間隙為0.25~0.36mm。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月表1沖模刃口尺寸沖裁性質(zhì)工件尺寸計算公式凹模尺寸標(biāo)注法凸模尺寸標(biāo)注法落料580-0.74380-0.62300-0.52160-0.44R8δd=0.25Δ57.60+0.1837.70+0.1629.70+0.1316.8+00.11R7.9+00.06凸模尺寸按凹模實際尺寸配置，保證雙邊間隙0.25~0.36mm沖孔φ3.5+0.3δp=0.25Δ凹模尺寸按凸模刃口實際尺寸配置，保證雙邊間隙0.25~0.36mm3.65-0.08中心距尺寸：L14=14±0.44/8=14±0.055L17=17±0.44/8=17±0.055注：在計算模具中心距尺寸時，制造偏差值取工件公差的1/8。凹模計算凸模計算第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月5.確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸（1）凹模外形尺寸的確定凹模厚度H的確定：H=P取總壓力=187.5(kN)=187500NH=≈26mm，取凹模厚度H=25mm。根據(jù)設(shè)計資料確定凹模長度L和寬度B凹模長度L的確定：L=b+2c（c根據(jù)設(shè)計資料取34）

=58+2×34=126mm凹模寬度B的確定：B=步距+工件寬+2c（步距=32；工件寬=30；c=34）B=32+30+2×34=130mm

凹模板尺寸為L×B×H=126×130×25第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）凸模長度L1的確定凸模長度計算為：L1=h1+h2+h3+Y其中導(dǎo)料板厚h1=8；卸料板厚h2=12；凸模固定板厚h3=18;凸模修磨量Y=18，則L1=8+12+18+18=56mm

選用沖床的公稱壓力，應(yīng)大于計算出的總壓力P0=187.5(kN)；最大閉合高度應(yīng)大于沖模閉合高度+5mm；工作臺臺面尺寸應(yīng)能滿足模具的正確安裝。按上述要求，結(jié)合工廠實際，可選用J23-250開式雙柱可傾壓力機(jī)。并需在工作臺面上配備墊塊，墊塊實際尺寸可配制。第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）設(shè)計并繪制總圖、選取標(biāo)準(zhǔn)件按已確定模具形式及參數(shù)，冷沖模標(biāo)準(zhǔn)中選取標(biāo)準(zhǔn)模架。繪制模具總裝圖。如圖4，單排沖孔落料連續(xù)模。按模具標(biāo)準(zhǔn)，選取所需的標(biāo)準(zhǔn)件，查清標(biāo)準(zhǔn)件代號及標(biāo)記，寫在總圖明細(xì)表內(nèi)見表2。并將各零件標(biāo)出統(tǒng)一代號。第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖4單排沖孔落料連續(xù)模1-簧片2-螺釘3-下模座4-凹模5-螺釘6-承導(dǎo)料7-導(dǎo)料板8-始用擋料銷9、26-導(dǎo)柱10、25-導(dǎo)套11-擋料釘12-卸料板13-上模座14-凸模固定板15-落料凸模16-沖孔凸模17-墊板18-圓柱銷19-導(dǎo)正銷20-模柄21-防轉(zhuǎn)銷22-內(nèi)六角螺釘23-圓柱銷24-螺釘?shù)?3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）繪制非標(biāo)準(zhǔn)零件圖本實例只繪制凸凹模、凹模、凸模固定板和卸料板四個零件圖樣，見圖5至圖8。圖5凸凹模第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6落料凹模第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7固定板第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8卸料板第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

案例2彎曲模零件名稱：托架（見圖9）生產(chǎn)批量：2萬件/年材料：08冷軋鋼板編制沖壓工藝方案設(shè)計模具結(jié)構(gòu)。

圖8彎曲件第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）確定工藝方案制成該零件所需的基本工序為沖孔、落料和彎曲。其中沖孔和落料屬于簡單的分離工序，彎曲成形的方式可以有圖9所示的三種。圖9工藝方案第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

零件上的孔，盡量在毛坯上沖出，簡化模具結(jié)構(gòu)，便于操作。該零件上的Ф10孔的邊與彎曲中心的距離為6mm，大于1.0t=1.5mm，彎曲時不會引起孔變形，因此Ф10孔可以在壓彎前沖出，沖出的Ф10孔可以做后續(xù)工序定位孔用。而4-Ф5孔的邊緣與彎曲中心的距離為1.5mm，=1.5t，壓彎時易發(fā)生孔變形，故應(yīng)在彎后沖出。完成該零件的成形，可能的工藝方案有以下幾種：方案一：落料與沖孔Ф10復(fù)合，見圖10a，壓彎外部兩角并使中間兩角l預(yù)彎45o，見圖10b，壓彎中間兩角，見圖10c，沖4-Ф5孔，見圖10d。第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖11方案二

方案二：落料與沖孔Ф10復(fù)合，圖10a，壓彎外部兩角，見圖11a，壓彎中間兩角，見圖11b，沖4-Ф5孔，見圖10d。第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

方案三：落料與沖Ф10孔復(fù)合，見圖10a，壓彎四個角12，沖4-Ф5孔，見圖10d。

第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

方案四：沖Ф10孔，切斷及彎曲外部兩角，圖13，壓彎中間兩角，見圖11b，沖4-Ф5孔，見圖10d。圖13沖孔Ф10、切斷及彎曲外部兩角連續(xù)沖壓第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

方案五：沖Ф10孔，切斷及壓彎四個角連續(xù)沖壓圖14，沖4-Ф5孔，見圖10d。第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

方案六：全部工序組合采用帶料連續(xù)沖壓，如圖15所示的排樣圖。在上述列舉的方案中，方案一的優(yōu)點是：①模具結(jié)構(gòu)簡單，模具壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快；②工件的回彈容易控制，尺寸和形狀精確，表面質(zhì)量高；③各工序（除第一道工序外）都能利用Ф10孔和一個側(cè)面定位，定位基準(zhǔn)一致且與設(shè)計基準(zhǔn)重合，操作也比較簡單方便。缺點是：工序分散，需用壓床，模具及操作人員多，勞動量大。圖15級進(jìn)沖壓排樣圖第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月方案二的優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)簡單，投產(chǎn)快壽命長，但回彈難以控制，尺寸和形狀不精確，且工序分散，勞動量大，占用設(shè)備多。方案三的工序比較集中，占用設(shè)備和人員少，但模具壽命短，工件質(zhì)量（精度與表面粗糙度）低。方案四的優(yōu)點是工序比較集中，從工件成形角度看，本質(zhì)上與方案二相同，只模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。方案五本質(zhì)上與方案三相同，只是采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜級進(jìn)模。方案六的優(yōu)點是工序最集中，只用一副模具完成全部工序，由于它把方案一的各工序分別布置到連續(xù)模的各工位上，所以具有方案一的各項優(yōu)點。缺點是模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試?yán)щy、制造周期長。第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月

綜上所述，考慮到該零件的批量不大，為保證各項技術(shù)要求，選用方案一。其工序如下：①落料和沖Ф10孔；②壓彎端部兩角；③壓彎中間兩角；④沖4-Ф5孔。第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)工藝計算1.計算毛坯長度毛坯長度按圖16分段計算。毛坯總展開長度L0L0=2（l1+l2+l3+l4）+l5由圖16：l1=9mm；l3=25.5mm；l5=22mml2=π/2(R+kt)=3.14/2(1.5+0.14×1.5)=3.32mml4=l2l0=2(9+3.32+25.5+3.32)+22=104.28(取104-00.5mm)第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月圖16彎曲件毛坯長度計算圖第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2.排樣及材料利用率由于毛坯尺寸較大，考慮操模具尺寸，決定采用單排。取搭邊a=2a1=1.5，則進(jìn)距h=30+1.5=31.5mm

條料寬度B=104.28+2×2=108.28（取108mm）板料規(guī)格選用1.5×900×1800mm采用縱裁時：每板的條數(shù)：n1=900/108=8多余36mm

每條的工件數(shù)：n2=18001.5/31.5=57件余3mm

每板的工件數(shù)：n=n1n2=8*57=456個利用率：η=456*30*104.28/900*1800*100℅=88.1℅經(jīng)計算橫裁時板料利用率僅為86.5％，故決定采用縱裁。第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月3.計算壓力及初選沖床(1)落料與沖孔復(fù)合工序，見圖10a。沖裁力Pt=(L+l)σb*t

L=2(104.28+30)=268.56mm；l=π*10=32.3mm；

t=1.5mm；σb=400Mpa故Pt=(268.56+32.3)*400*1.5=179970(N)卸料力P1=K1*Pt=0.04*179970=7198.8(N)推件力P2=n*K2*Pt=4*0.055*179970=39593.4(N)總沖壓力：P0=Pt+P1+P2

=179970+7198.8+39593.4=226762.2N=22.68t選用25噸沖床。第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)第一次彎曲，見圖10b

首次壓彎時的沖壓力包括：預(yù)彎中間兩角、彎曲和校正端部兩角及壓料力等。這些力并非同時發(fā)生或達(dá)到最大值，開始只有壓彎曲力和預(yù)彎力，滑塊至一定位置時開始壓彎端部兩角，最后進(jìn)行鐓壓。為安全可靠，將端部兩角的壓彎力Pw、校正力Pa及壓料力Pj合在一起計算?？倹_壓力P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2σb/r+t=30*1.52*400/1.5+1.5=9000NPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NPa=F*q；F=1670mm2（校正面積），q=80MPa(單位校正力)故Pa=1670*8=133600N得P0=9000+4500+133600=147100N=14.7t選用16噸沖床第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)第二次彎曲，見圖10c二次彎曲時仍需壓料力，故所需總的沖壓力：

P0=Pw+Pa+PjPw=Bt2σb/r+t=30*1.52*400/1.5+1.5=9000NPj=0.5Pw=0.5*9000=4500NPa=F*q；F=1380mm2（校正面積），q=80MPa(單位校正力)故Pa=1380*80=110400N選用16噸壓力機(jī)(4)沖4-φ5孔，見圖10d4-φ5孔同時沖壓，所需的總壓力

P0=Pt+P1Pt=nπd*t*σb=4*π*5*1.5*400=37680NP1=K1*Pt=0.04*37680=1510N故P0=37680+1510=39190N，選用16噸壓力機(jī)（min）第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月冷沖壓模具課程設(shè)計任務(wù)書一、實驗設(shè)計目的冷沖模具設(shè)計理論教學(xué)之后進(jìn)行的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：綜合運用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和實踐知識，對學(xué)生進(jìn)行一次冷沖壓模具課程設(shè)計工作的實際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高獨立工作的能力。鞏固和擴(kuò)充冷沖壓模具課程所學(xué)內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計的方法和步驟。二、課程設(shè)計的