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臺(tái)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
目 錄
第一章 緒論 -----------------------------------------------------------------------------1
第二章 簡介 -----------------------------------------------------------------------------2
2.1模具及模具的類型-------------------------------------------------------------------3
第三章 模具材料的分析和熱處理----------------------------------------------------3
3.1 模具用鋼------------------------------------------------------------------------------4
3.2 鋼制熱塑模的熱處理---------------------------------------------------------------5
第四章 沖裁模的結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用-------------------------------------------------5
4.1沖裁模零件的類型-------------------------------------------------------------------5
4.2 沖裁模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------------6
4.3 沖裁模結(jié)構(gòu)圖例---------------------------------------------------------------------8
第五章 沖裁力和壓力中心的計(jì)算----------------------------------------------------9
5.1沖裁力的計(jì)算------------------------------------------------------------------------10
5.2 壓力機(jī)公稱壓力的選取----------------------------------------------------------10
5.3 降低沖裁力的措施----------------------------------------------------------------12
5.4 沖壓模具壓力中心的確定-------------------------------------------------------13
第六章 精密沖裁工藝與精沖模具簡介--------------------------------------------13
6.1 精密沖裁概述----------------------------------------------------------------------16
6.2 精密沖裁的工藝方法-------------------------------------------------------------18
第七章 模具裝配、使用壽命--------------------------------------------------------19
小 結(jié) ------------------------------------------------------------------------------------20
致 謝--------------------------------------------------------------------------------------20
參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------------------------------------20
摘要
隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人們意識(shí)的提高，使我們國家模具技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。在工業(yè)產(chǎn)品的品種和數(shù)量不斷增加的同時(shí)，人們對產(chǎn)品的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)式樣及外觀等項(xiàng)目提出新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。這就使得模具制造技術(shù)處在不斷更新和發(fā)展之中。為了掌握模具制造技術(shù)，具備良好的實(shí)際生產(chǎn)能力，就必須深刻理解模具制造技術(shù)的工作性質(zhì)和應(yīng)用特點(diǎn)。
在這次腳手架沖孔模具設(shè)計(jì)的過程中，我們對沖孔模有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)與理解。知道這次設(shè)計(jì)沖孔模需要兩工作部分的力達(dá)到同步作用在工件上，才能完成沖孔的要求。在此次設(shè)計(jì)過程中，我們制造一個(gè)簡單的沖孔模，是對知識(shí)的一個(gè)鞏固。
最后，我們感謝老師這些天來對我們的指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：同步、中心高度、沖裁力
第一章 緒論
沖壓加工是利用安裝在壓力機(jī)上的模具，對模具里的板料施加變形力，使板料在模具里產(chǎn)生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。由于沖壓加工經(jīng)常在材料的冷狀態(tài)下進(jìn)行，為此也稱冷沖壓。冷沖壓是金屬壓力加工方法之一，是建立在金屬塑性變形理論基礎(chǔ)上的材料成型工程技術(shù)。沖壓加工的原材料一般為板料或帶料，故也稱板料沖壓。沖壓工藝是指沖壓加工的具體方法（各種沖壓工序的總和）和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，沖壓模具是指將板料加工成沖壓零件的專用工藝裝備。
沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。根據(jù)變形機(jī)理的差異，沖裁可分為普通沖裁和精密沖裁。
我所設(shè)計(jì)的腳手架沖孔模，作為沖裁模，重要的就是沖裁力的大小。本模具要求的就是沖頭兩端沖裁力大小相同，做到對零件沖裁的同步。模具材料的選用和熱處理也關(guān)系著模具的使用壽命等等因素。
第二章 簡 介
2.1 模具及模具的類型
模具是由機(jī)械零件構(gòu)成，在與相應(yīng)的壓力成形機(jī)械（如沖床、塑料注射機(jī)、壓鑄機(jī)等）相配合時(shí)，可直接改變金屬或非金屬材料的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)，使之成形為合格制件或半成品的成形工具。
模具的種類很多，按材料在模具內(nèi)成形的特點(diǎn)，模具可分為冷沖模及型腔模兩大類型。
沖裁模就屬于冷沖模。通常說的沖裁指普通沖裁，包括落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。沖裁所使用的模具稱為沖裁模，如落料模、沖孔模、切邊模、沖切模。
沖裁工藝與沖裁模在生產(chǎn)中使用廣泛，它可為彎曲、拉深、成形、冷擠壓等沖壓工序準(zhǔn)備毛坯，也可直接制作零件。
沖孔模是在落料板材或成形沖件上，沿封閉的輪廓分離出廢料得到帶孔制件的沖模。
1.沖單孔的沖孔模? 其結(jié)構(gòu)大致與落料模相同。沖孔模的凸模、凹模類似于落料模。但沖孔模所沖孔與工件外緣或工件原有孔的位置精度是由模具上的定位裝置來決定的。常用的定位裝置有定位銷、定位板等。
2.沖多孔的沖孔模? 圖1是印制板沖孔模，用于沖裁印制板小孔，孔徑為φ1.3mm，材料為復(fù)銅箔環(huán)氧板，厚1.5mm。為得到較大的壓料力，防止孔壁分層，上模采用六個(gè)矩形彈簧。導(dǎo)板材料為CrWMn，并淬硬至50～54HRC，凸模3采用彈簧鋼絲，拉好外徑后切斷、打頭，即可裝入模具中使用。凸模與固定板動(dòng)配合。下模為防止廢料脹死，漏料孔擴(kuò)大，工件孔距較近時(shí)，漏料孔可以相互開通。
? 圖1 印制板沖孔模
1-矩形彈簧 2-導(dǎo)板 3-凸模
4-凸模固定板? 5-凹模
3.深孔沖模? 當(dāng)孔深化t/D（料厚/孔徑）≥1，即孔徑等于或小于料厚時(shí)，采用深孔沖模結(jié)構(gòu)。圖2是凸模導(dǎo)向元件在工作過程中的始末情況，該結(jié)構(gòu)給凸模以可靠的導(dǎo)向。主要的特點(diǎn)是導(dǎo)向精度高，凸模全長導(dǎo)向以及在沖孔周圍先對材料加壓。
圖2 凸模導(dǎo)向元件在工作行程中的始末情況
??? a)沖孔開始? b)沖孔結(jié)束
第三章 模具材料的分析和熱處理
模具的壽命除了取決于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其使用與維護(hù)情況外，最根本的問題是制模材料的基本性能是否和模具加工要求與使用條件相適應(yīng)。因此，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選用制模材料是模具設(shè)計(jì)人員的重要任務(wù)之一。
目前，制模材料仍以鋼為主，包括沖壓模、塑料模、壓鑄模、鍛模等。
3.1 模具用鋼
一、基本要求
制造模具所采用的鋼材應(yīng)具備下列基本性能：
1、加工性能良好，熱處理后變形小
2、拋光性良好
3、耐磨性良好
4、較好的淬透性
5、耐腐蝕性好
二、常用模具用鋼材品種
1、碳素鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼
2、合金鋼：合金工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼
3.2 鋼制熱塑模的熱處理
一、熱塑模主要零件的熱處理工序
1、采用冷擠壓成型的模具熱處理工序安排
鍛造—正火或退火—粗加工—冷擠壓型腔（多次擠壓時(shí)中間退火）—加工成型—滲碳或碳氮共滲等—淬火與回火—鉗修拋光—鍍鉻—鉗工裝配。
1、接淬硬的熱處理工序安排
鍛造—退火—粗加工—調(diào)質(zhì)或高溫回火—精加工—淬火與回火—鉗修拋光—鍍鉻—鉗工裝配。
3、精加工在調(diào)質(zhì)后的熱處理工序安排
鍛造—退火—粗加工—調(diào)質(zhì)—精加工—鉗修拋光—鍍鉻—鉗修裝配
4、采用合金滲碳鋼制作模具的熱處理工序安排
鍛造—正火+高溫回火—精加工—滲碳—淬火與回火—鉗修拋光—鍍鉻—鉗工裝配
二、滲碳鋼的預(yù)熱處理工藝
1、正火 2、安全退火
鋼的熱處理就是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄︿撨M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。
通過熱處理，不僅可以充分發(fā)揮材料的潛力，顯著提高力學(xué)性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命，而且能夠消除毛坯缺陷，改善工藝性能，有利于進(jìn)行冷、熱加工。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)床制造中，有60%~70%的零件需要進(jìn)行熱處理；在汽車、拖拉機(jī)制造中，70%~80%的零件需要進(jìn)行熱處理；各類工具幾乎100%需要熱處理。因此，熱處理在機(jī)械制造業(yè)中占有十分重要的地位。熱處理方法雖然很對，但都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成。
本模具的材料有45鋼，65Mn，Cr12。45鋼屬中碳鋼。有較高的強(qiáng)度和硬度。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后，能獲得較好的綜合力學(xué)性能，主要用來制作受力較大的機(jī)械零件。65Mn屬高碳鋼，有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性。Cr12是一種常用的冷作模具鋼，這種鋼具有較高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。
第四章 沖裁模的結(jié)構(gòu)類型及其應(yīng)用
4.1沖裁模零件的類型
盡管沖裁模有簡單的，也有復(fù)雜的，但總是分為上模與下模。上模固定在壓力機(jī)滑塊上，并隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)，稱為沖模的活動(dòng)部分；下模固定在壓力機(jī)的工作臺(tái)上，稱為沖模的固定部分。
4.2 沖裁模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沖裁模是沖裁工序所用的模具。沖裁模的結(jié)構(gòu)型式很多，為研究方便，對沖裁?？砂床煌奶卣鬟M(jìn)行分類。
1、按工序性質(zhì)可分為落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等；
2、按工序組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進(jìn)模；
3、按上、下模的導(dǎo)向方式可分為無導(dǎo)向的開式模和有導(dǎo)向的導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模、導(dǎo)筒模等。
4、按凸、凹模的材料可分為硬質(zhì)合金沖模、鋼皮沖模、鋅基合金沖模、聚氨脂沖模等；
5、按凸、凹模的結(jié)構(gòu)和布置方法可分為整體模和鑲拼模，正裝模和倒裝模。
6、按自動(dòng)化程度可分為手工操作模、半自動(dòng)模、自動(dòng)模。
4.3 沖裁模結(jié)構(gòu)圖例
沖孔模的結(jié)構(gòu)與一般落料模相似。但沖孔模有其自己的特點(diǎn)，特別是沖小孔模具，必須考慮凸模的強(qiáng)度和剛度，以及快速更換凸模的結(jié)構(gòu)。在已成形零件側(cè)壁上沖孔時(shí)，要設(shè)計(jì)凸模水平運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
1、單工序沖孔模
1）帶固定卸料板的沖孔模 襯套經(jīng)淬火、磨削后壓入固定卸料板內(nèi)，其內(nèi)孔與凸模滑配，以保護(hù)凸模，防止折斷和提高沖孔精度。沖孔時(shí)，卸料板不能壓住板料，否則沖裁件容易變形，平整度較差，該模具適用于沖小直徑的孔。
2）帶彈壓卸料板的沖孔模 彈壓卸料板裝于上模。沖孔時(shí)，彈壓卸料板始終壓住板料，所以沖孔件比較平整。因模具的彈壓卸料板的寬度與凹模寬度相同，工作時(shí)，容易發(fā)生壓手事故。
3）彈壓卸料板裝在下模的沖孔模 相比板料壓緊方式相同。沖裁時(shí)，零件變形很小，平整度高。該模具適用于沖孔精度要求高的沖裁件，缺點(diǎn)是零件和廢料同時(shí)落在壓料板上，每次沖壓后，必須同時(shí)取件和清理廢料。
2、側(cè)壁沖孔模
沖壓圖2.7.4b)零件側(cè)壁孔，a)圖是依靠固定在上模的斜楔1來推動(dòng)滑塊4，使凸模5作水平方向移動(dòng)，完成零件側(cè)壁沖孔（也可或沖槽、切口等）。斜楔的返回行程運(yùn)動(dòng)是靠橡皮或彈簧完成。斜楔的工作角度α以 40°～45°為宜。40°的斜楔滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率最高，45°時(shí)滑塊的移動(dòng)距離與斜楔的行程相等。需較大沖裁力的沖孔件，α可采用 35°，以增大水平推力。此種結(jié)構(gòu)凸模常對稱布置，最適宜壁部對稱孔的沖裁。圖c)是采用的是懸臂式凹模結(jié)構(gòu)，可用于圓筒形件的側(cè)壁沖孔、沖槽等。毛坯套入凹模體3，由定位環(huán)7控制軸向位置。此種結(jié)構(gòu)可在側(cè)壁上完成多個(gè)孔的沖制。在沖壓多個(gè)孔時(shí)，結(jié)構(gòu)上要考慮分度定位機(jī)構(gòu)。
（a） ?。╞） ?。╟）
圖2.7.4 側(cè)壁沖孔模
3、單工序多凸模沖孔模
圖2.7.5所示為單工序多凸模沖孔模，電機(jī)轉(zhuǎn)子片37個(gè)槽孔全部均在一次沖程中完成。沖孔前將毛坯套在定位塊14上，模具采用雙導(dǎo)向裝置。模具靠導(dǎo)柱6與導(dǎo)套7對上、下模導(dǎo)向,同時(shí),卸料板通過導(dǎo)套8與導(dǎo)套7滑配,使卸料板以導(dǎo)套為導(dǎo)向,增加了工作的可靠性與穩(wěn)定性。推件采用推件力較大的剛性裝置，對于多孔沖模或卸料力較大的工件,能可靠地卸下沖件。
1-上模座；2-標(biāo)記槽凸模；3-凸模墊板；4-凸鏌固定板；5-槽形凸模；6-導(dǎo)柱；7、8-導(dǎo)套；9-卸料板；10-凹模；11凹模套圈；I2-下墊板；13-下模座；14-定位塊；15-推桿螺釘；16-推板；17-打桿
圖2.7.5(單工序)多凸模沖孔模
4、沖小孔模 (圖2.7.6)
這副模具沖制的工件如圖右上角所示。工件板厚4mm，最小孔徑為0.5㎜。模具結(jié)構(gòu)采用縮短凸模長度的方法來防止其在沖裁過程中產(chǎn)生彎曲變形而折斷。采用這種結(jié)構(gòu)制造比較容，凸模使用壽命也較長。這副模具采用沖擊塊5沖擊凸模進(jìn)行沖裁工作。小凸模由小壓板7進(jìn)行導(dǎo)向，而小壓板由兩個(gè)小導(dǎo)柱6進(jìn)行導(dǎo)向。當(dāng)上模下行時(shí)，大壓板8與小壓板7先后壓緊工件，小凸模2、3、4上端，露出小壓板7的上平面，上模壓縮彈簧繼續(xù)下行，沖擊塊5沖擊凸模2、3、4對工件進(jìn)行沖孔。卸件工作由大壓板8完成。厚料沖小孔模具的凹模洞口漏料必須通暢，防止廢料堵塞損壞凸模。沖裁件在凹模上由定位板9與1定位，并由后側(cè)壓塊10使沖裁件緊貼定位面。
圖 2.7.6 超短凸模的小孔沖模
第五章 沖裁力和壓力中心的計(jì)算
5.1沖裁力的計(jì)算
本模具裝配好以后，壓力機(jī)向下用力，把上模上的斜滑塊5壓下，碰到滑塊11，利用斜面和彈簧座7限定位，用沖頭14對套在芯棒16上的圓管零件進(jìn)行沖裁。這就需要斜滑塊沖下去的力度要保持一致，使滑塊上前端固定的兩個(gè)沖頭同時(shí)沖到芯棒上，如果不是同步的話，兩邊力的大小不一樣，芯棒就有可能會(huì)斷裂。要想保證兩個(gè)沖頭的同步，就必須計(jì)算沖裁力的大小。
計(jì)算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機(jī)、設(shè)計(jì)模具和檢驗(yàn)?zāi)＞叩膹?qiáng)度。壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的需求。普通平刃沖裁模 ，其沖裁力 P一般可按下式計(jì)算：
FP＝KptLτ
式中τ—— 材料抗剪強(qiáng)度 ，見附表 (MPa)；
L——沖裁周邊總長(mm)；
t——材料厚度(mm)
系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(dòng)(數(shù)值的變化或分布不均)、潤滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 13。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度 τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σ b代替τ，而取Kp＝1的近似計(jì)算法計(jì)算。當(dāng)上模完成 一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴(kuò)張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。為了使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的材料料刮下 ,將梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料向下推出或向上頂出。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件需的力，稱為 頂件力 (圖2.4.1)。影響卸料力、推料力和 頂件力 的因素很多，要精確地計(jì)算是困難的。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算：
卸料力FＱ＝ＫFＰＮ( 2.4.2)
推料力FＱ1＝nＫ1FＰ （ 2.4.3)
頂件力 FＱ２＝Ｋ２FＰ （ 2.4.4 ）
圖 2.4.1 工藝力示意圖
式中 P——沖裁力(N)；
K——卸料力系數(shù)，其值為0.02～0.06(薄料取大值， 厚料取小值)；
K１——推料力系數(shù)，其值為0.03～0.07(薄料取大值， 厚料取小值)；
K2—— 頂件力系數(shù)，其值為0.04～0.08(薄料取大值， 厚料取小值)；
n——梗塞在凹模內(nèi)的制件或廢料數(shù)量(n＝h/t);
h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。卸料力和 頂件力還是 設(shè)計(jì)卸料裝置和彈頂裝置中彈性元件的依據(jù)。
5.2 壓力機(jī)公稱壓力的選取
沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。
采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)：
FP總 ＝FＰ＋FＱ＋FＱ１ (2.4.5)
采用彈壓卸料裝置和上出件的模具時(shí)：
FP總 ＝FＰ＋FＱ＋Ｑ2 (2.4.6)
采用剛性卸料裝置和下出件模具時(shí)：
FP總＝FＰ＋FＱ１ (2.4.7)
5.3 降低沖裁力的措施
在沖壓高強(qiáng)度材料、厚料和大尺寸沖壓件時(shí)，需要的沖裁力較大，生產(chǎn)現(xiàn)場壓力機(jī)的噸位不足時(shí)，為不影響生產(chǎn)，可采用一些有效措施降低沖裁力。
1.凸模的階梯布置 圖2.4.2凸模階梯布置
凸模階梯布置由于各凸模工作端面不在一個(gè)平面，各凸模沖裁力的最大值不同時(shí)出現(xiàn)，從而達(dá)到降低沖裁力的目的。當(dāng)凸模直徑有較大差異時(shí)，一般把小直徑凸模做短一些，高度差H=(0.5～1 )t。凸模的階梯布置會(huì)給刃磨造成一定困難，僅在小批量生產(chǎn)采用。
圖2.4.3 斜刃沖裁
（a）、（b）落料凹模為斜刃；（c）、（d）、（e）、沖孔凸模為斜刃；（f）用于切口或切斷的單邊斜刃
斜刃沖裁（圖2.4.3）
斜刃是將沖孔凸模或落料凹模的工作刃口作成斜刃，沖裁時(shí)刃口不是全部同時(shí)切入，而是逐步地將材料分離，能顯著降低沖裁力，但斜刃刃口制造和刃磨都比較困難，刃口容易磨損，沖件也不
夠平整。為了能得到較平整的工件，落料時(shí)斜刃做在凹模上；沖孔時(shí)斜刃做在凸模上。
另外，加熱沖裁使金屬抗剪強(qiáng)度降低，也能降低沖裁力。
5.4 沖壓模具壓力中心的確定
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。對于帶有模柄的沖壓模，壓力中心應(yīng)通過模柄的軸心線。否則會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌之間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。
沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：
（1）對稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
（2）工件形狀相同且分布位置對稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。
（3）形狀復(fù)雜的零件、多凸模的壓力中心可用解析計(jì)算法求出沖模壓力中心。
解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該坐標(biāo)軸力矩。求出合力作用點(diǎn)的座標(biāo)位置 O0(x0, y０)，即為所求模具的壓力中心(圖2.4.4)。
圖 2.4.2 解析法求壓力中心
（a）復(fù)雜零件沖壓壓力中心; （b）多凸模沖壓壓力中心
計(jì)算公式為：
（2.4.8）
（2.4.9）
?? 因沖裁力與沖裁周邊長度成正比， 所以式中的各沖裁力 FP1、FP2、FP3…FPn，可分別用各沖裁周邊長度L1、L2、L3…Ln代替，即：
（2.4.10）
（2.4.11）
第六章 精密沖裁工藝與精沖模具簡介
6.1 精密沖裁概述
（1）精密沖裁的工作原理及過程
精密沖裁屬于無屑加工技術(shù)，是在普通沖壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種精密沖壓方法，簡稱精沖。它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)沖壓零件，并以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的改善。
為了能更好地應(yīng)用精沖技術(shù)，必須充分了解和掌握其基本要素： 精沖機(jī)床、精沖模具、精沖材料、精沖工藝及精沖潤滑等。圖 2.9.1所示為普通沖裁和精沖兩種工藝方法的比較。
圖 2.9.1 普通沖裁的精沖的區(qū)別
1-落料凸模；2-凹模；3-沖孔凸模；4-頂件板；5-頂桿；6-壓板；7-壓桿；
8-齒圈；9-精沖材料；10-精沖件；11-內(nèi)形廢料；c-沖裁間隙
圖 2.9.2 精沖過程示意圖
精沖是塑性剪切過程。是在專用( 三動(dòng) )壓力機(jī)上，借助于特殊結(jié)構(gòu)的精沖模，在強(qiáng)力的作用下使精沖材料產(chǎn)生塑性剪切。圖2.9.2所示的沖裁過程中落料凸模1接觸材料9之前，通過壓力FR使V形齒圈8將材料壓緊在凹模上，從而在V形齒的內(nèi)面產(chǎn)生橫向側(cè)壓力，以阻止材料在剪切區(qū)內(nèi)撕裂和金屬的橫向流動(dòng)。在沖孔凸模壓入材料的同時(shí)，利用頂件板4的反壓力FG，將材料壓緊；并在壓緊狀態(tài)中，在沖裁力FS作用下進(jìn)行沖裁。剪切區(qū)內(nèi)的金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了材料的塑性。此時(shí)，材料就沿著凹模的刃邊形狀，呈純剪切的形式?jīng)_裁零件。
1—齒圈壓板 2—凹模(落料) 3—凸凹模 4—頂板 5 —材料 6—零件 7—沖孔廢料
圖 2.9.3 精沖過程
a)模具初始位置 b)齒圈壓入 c)沖裁 d)沖裁過程結(jié)束 e)模具開啟
f)卸出沖孔廢料 g)頂出零件及卸出帶料 h)排出零件和廢料，向前送料
(二)普通沖裁與精密沖裁的工藝特點(diǎn)對比(表2.9.1)
表 2.9.1 普通沖裁與精沖的工藝特點(diǎn)
技術(shù)特征
普通沖裁
精密沖裁
1.材料分離形式
剪切變形、斷裂分離
塑性剪切變形
2.尺寸精度
ISO11～13
ISO6～9
3.沖裁斷面質(zhì)量：表面粗糙度Ra/μm
不垂直度
平面度
Ra＞6.3
大
大
Ra=1.6～0.4
?。▎蚊?.0026㎜/1㎜）
?。?.02㎜/10㎜）
4.模具 ：間隙
刃口
雙邊（5～15）t%
鋒利
單邊0.5t%
小圓角
5.沖壓材料
無要求
塑性好（球化處理）
6.毛刺
雙向、大
單向、小
7.塌角
（20～30）%
（10～25）%
8.壓力機(jī)
普通（單向力）
特殊（三向力）
9.潤滑
一般
特殊
10.成本
低
高（回報(bào)周期短）
根據(jù)表2.9.1分析可知，要實(shí)現(xiàn)精密沖裁，工藝上必須采取一些特殊措施
（1）采用帶齒圈的壓板，產(chǎn)生強(qiáng)烈壓邊作用力，使塑性剪切變形區(qū)形成三向壓應(yīng)力狀態(tài)，且增加變形區(qū)及其鄰域的靜水壓力。
（2）凹模(或凸模)刃尖處制造出0.02～0.2mm左右的小圓角，抑制剪裂紋的發(fā)生，限制斷裂面的形成，有利工件斷面的擠光作用。
（3）采用較小的間隙，甚至為零間隙。使變形區(qū)的拉應(yīng)力盡量小，壓應(yīng)力增大。
（4）施加較大的反頂亞壓力，減小材料的彎曲，同時(shí)起到增加壓應(yīng)力的作用。
圖9 .2.3所示為一帶強(qiáng)力齒圈壓板精沖模精沖過程。
6.2 精密沖裁的工藝方法
沖裁工藝除上述帶強(qiáng)力齒圈壓板的精沖方法外，還有一些通過工藝措施來提高沖裁質(zhì)量的工藝方法，這些變形條件要求不高，主要有：
1. 整修
它是將普通沖裁后的毛坯放在整修模中，進(jìn)行一次或多次的整修加工，除去粗糙不平的沖裁斷面和錐度，從而得到光滑平整的斷面。經(jīng)整修后，零件的尺寸精度可達(dá)IT6～7 級；表面粗糙度可達(dá)Ra＝0.4～0.8μm。常用的修整方法主要有外緣整修、內(nèi)孔整修、疊料整修和振動(dòng)整修。圖 2.9.4為外緣整修，圖2.9.4b)為內(nèi)孔整修。
1—凹?！?—切屑 3—凸?！?—工件
圖 2.9.4 整修
2. 光潔沖裁
（1）小間隙圓角刃口沖裁
小間隙圓角刃口沖裁 (圖2.9.5)與普通沖裁相比，其差別在于為廖6加強(qiáng)了沖裁區(qū)的靜水壓，起到了抑制裂紋的作用，采用了小圓角刃口和極小的沖裁間隙。落料時(shí)，凹模帶有小圓角刃口 (圖a)；沖孔時(shí)，凸模帶有小圓角刃口(圖b)。小圓角半徑的數(shù)值。一般可取材料厚度的10%，模具間隙可取0.01～0.02mm。此方法適用于塑性較好的材料，如軟鋁、紫銅、軟黃銅、05F和08F等。制件公差可達(dá)IT11～8級，粗糙度Ra可達(dá)1.6~0.4μm。但沖裁力比普通時(shí)沖裁力大50%左右。
圖２.9.5 小間隙圓角刃口沖裁
(a)落料 (b)沖孔
（2）負(fù)間隙沖裁(圖2.9.6)
負(fù)間隙沖裁的機(jī)理與小間隙圓角刃口沖裁基本相同。負(fù)間隙沖裁的凹模也帶有小圓角刃口，其半徑可取材料厚度的5～10％，而凸模刃口保持鋒利。由于采用了凸模刃口尺寸比凹模刃口尺寸大，
間隙為負(fù)值；沖裁時(shí)小圓角刃口凹模處靜水壓作用很強(qiáng)。沖裁時(shí)，凸模工作端面在下止點(diǎn)位置不能與凹模面接觸，而應(yīng)保持0.1～0.2mm的距離，工件雖未全部擠入凹模，但可借助下一個(gè)工件沖裁時(shí)將它全部擠入并推出凹模。因此，沖裁力比普通沖裁大得多(沖裁鋁件時(shí)，大30～60%；沖裁軟黃銅時(shí)，大2.25～2.8倍)，凹模也容易開裂。為防止開裂，可采用多層組合凹模；沖裁時(shí)，保持良好潤滑，可延長模具壽命。
負(fù)間隙沖裁時(shí)，由于凸模比凹模尺寸大，沖裁過程中出現(xiàn)的裂紋方向與普通沖裁相反，形成間隙沖裁可認(rèn)為是落料與整修復(fù)合的工序。該工藝適用于沖壓塑性較好的鋁、銅和軟鋼。
圖 2.9.6 負(fù)間隙沖裁
3. 對向凹模精沖法
目前，在精沖工藝中，常用強(qiáng)力壓板精沖來獲得工件的光潔沖裁面。然而，其靜水壓力大。凸模、凹模間的間隙小, 影響模具壽命；材料的金相組織要求高，精沖前需對材料球化處理；且搭邊較寬，降低了材料的利用率；而塌角和毛刺也難以消除。
對向凹模精沖法，是利用與負(fù)間隙整修相似的“準(zhǔn)切削機(jī)理”，將沖裁廢料(搭邊)向外擠壓流動(dòng)的同時(shí)，而進(jìn)行沖裁的方法。
第七章 模具裝配、使用壽命
一、模具裝配的技術(shù)要求
制造模具的目的是要生產(chǎn)制品，因而模具完成裝配后必須滿足規(guī)定的技術(shù)要求，不僅如此，還應(yīng)按照模具驗(yàn)收的技術(shù)條件進(jìn)行試模驗(yàn)收。
模具裝配的技術(shù)要求，包括模具的外觀和安裝尺寸、總體裝配精度兩大方面。
二、沖模的使用壽命
模具的使用壽命是指模具從開始使用到完全失效而不能正常工作的期間內(nèi)所能完成制件加工的次數(shù)。若模具在使用中需刃磨或翻修，則模具總壽命為N=Σni。其中，N表示模具壽命，ni表示模具在相鄰兩次刃磨或翻修間隔內(nèi)完成制件加工的次數(shù)。
使模具失效而結(jié)束壽命，通常表現(xiàn)為兩種情況：一是正常磨損，二是事故損壞。影響模具使用壽命的因素很多，應(yīng)從制造材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和使用維護(hù)等諸多方面進(jìn)行分析，并根據(jù)宏觀失效的類型，結(jié)合微觀失效的機(jī)理來確定模具失效的原因。
小 結(jié)
通過本次沖孔模具的設(shè)計(jì)，我們把以前學(xué)過的課程又重新回顧了一次，并且有了更深刻的了解，同時(shí)也得到了很好的鞏固，但是我們只是理論上的鞏固，只是一個(gè)步行的起點(diǎn)。
以前，我們不了解模具的設(shè)計(jì)，只是印象上有個(gè)形象意識(shí)，通過這次的模具設(shè)計(jì)，使我們對模具有了一定的了解，知道了模具定義、分類、結(jié)構(gòu)組成、模具的發(fā)展、未來的動(dòng)向。它在工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中占有舉足輕重的地位。
通過這次設(shè)計(jì)，我得到了很大的收獲。這與老師的耐心指導(dǎo)是分不開的，由于我們是初學(xué)者，雖然查閱了很大一部分的資料，但對于真正的模具設(shè)計(jì)來說是有限的，是欠缺的。
在我的設(shè)計(jì)圖紙和說明書中，存在著很多不足之處，希望老師在審閱時(shí)，給予指證，幫助我更好的進(jìn)步。
致 謝
在設(shè)計(jì)過程中為本人做出指導(dǎo)管敏策老師和同學(xué)，從課題的選擇以及后來的制作，都付出了辛勤的汗水，在設(shè)計(jì)過程中給予我很大的幫助，謝謝。
參 考 文 獻(xiàn)
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