落料沖孔的案例
落料沖孔復合模具設計教程
摘要
經過長期實踐研究,通過對零件的工藝分析,用一套落料沖孔復合模完成了某型號產品中擋圈的制作過程，論述了沖裁模具的整體結構特點及工作過程。通過模具大幅度地提高了產品的生產效率。
1 引言
冷沖技術的發展已日臻成熟，我在查閱相關資料的基礎上，結合車間實際，制作了一套沖裁模，旨在大幅度地提高勞動效率、降低勞動強度，同時擋圈是我公司生產某型號中的一個零件，該零件年產量在20萬件以上，屬于批量的生產，在未設計落料沖孔復合模前，一直采用單工序加工，加工效率相當低下。
2 零件沖壓工藝性分析
圖1為某型號中擋圈零件，材料為65Mn鋼。零件形狀復雜，要求表面平整光潔，邊緣不得有毛刺。圖中尺寸要求不高，采用一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求。
圖1 擋圈零件圖
3 沖壓工藝方案的確定
根據圖1分析可知零件壁厚較薄，屬窄緣類零件。一般情況下，這類零件的沖裁分二道工序：即先落料，再沖孔。這兩道工序的每一步工藝均較簡單，且容易實現，但都存在不利的方面，那就是工步多、效率低、且零件質量難以保證。在工藝設計及模具設計時，將沖孔及落料工序合并在一起，這樣即保證了落料與沖孔的同軸度，又避免了零件外形尺寸較復雜面帶來的二次定位困難。
4 展開尺寸計算
由于材料很薄，無需采用中性層展開，而直接進行計算：D展=79+（95-84）/cos15=95.4mm。考慮到mm可以大0.15mm，故實際展開尺寸取mm。其展開圖如圖2所示。
圖2 擋圈展開圖
5 模具總體結構
根據沖壓工藝方案，采用復合模結構，復合模可以采用正裝結構和倒裝結構。其中倒裝復合模由于凸模、凹模裝在上模上，凸凹模裝在下模上，廢料能直接從壓力機臺面落料，而制件從上模推下比較容易引出去，操作方便安全。
展開 怎么確定落料沖孔件這種沖壓件的工藝方案
落料沖孔件是沖壓件廠常會碰到的一種較為簡單的沖壓件，下面就以它為例來介紹下這種沖壓件的工藝方案的確定過程。
1.方案一：先落料，后沖孔。采用兩套單工序模生產；
2.方案二：落料—沖孔復合沖壓，采用復合模生產；
3.方案三：沖孔—落料連續沖壓，采用級模生產。
方案一模具結構簡單，但需要兩道工序、兩副模具，生產效率低，零件精度較差，在生產批量較大的情況下不適用。
方案二只需要一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度易保證，且生產效率高。盡管模具結構較方案一復雜，但由于零件的幾何形狀較簡單，模具制造并不困難；
方案三也只需要一副模具，生產效率也很高，但與方案二相比，生產的零件精度稍差，要保證沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，模具制造、裝配較復合模略復雜。
經過以上三個方案的比較，應該選用方案二即采用復合模來生產加工這個落料沖孔件較為合適。
展開 基于有限元分析改善落料沖孔模具上墊板零件的應力與應變
摘 要：設計某墊片類零件落料沖孔模，計算沖裁力，根據落料沖孔模具結構分析模具上墊板零件受力情況，利用NX NASTRAN有限元分析軟件對零件受力情況進行模擬。分析和試沖結果表明，零件受力情況與有限元分析結果一致，零件原結構不能滿足模具工作需求，更改零件結構后應力和應變情況得到了明顯改善，能滿足模具的使用要求。
關鍵詞：模具設計;落料沖孔;墊片;有限元;NX NASTRAN;模擬;沖裁力計算;
1 序言
計算機輔助工程和有限元分析技術在提高生產率、保證產品質量、降低生產成本和減輕勞動強度等方面都具有極大的優越性[1]，隨著我國模具行業的高速發展，模具設計人員素質不斷提高，對模具設計的要求也不斷提高，結合有限元分析做模具設計成為從業人員的必備技能。通過有限元模擬分析，可以發現早期設計缺陷，優化和改善設計方案，縮短產品的開發和制造周期并降低生產成本。
本文對某墊片零件落料沖孔模進行設計，計算其沖裁力，分析模具上墊板零件的受力情況，對分析結果進行改善，優化模具設計以達到理想的模具使用效果。
2 典型零件結構說明
現有厚度為5mm的墊片零件，零件結構如圖1所示，其材料為45鋼，退火態。零件圓周上有均布的若干個孔，為實現批量生產需要設計模具。
圖1 零件結構
3 模具設計
零件精度要求為IT10級，為了保證零件上孔的位置精度并實現大批量生產，需要分析零件結構，設計落料沖孔復合模具，以滿足零件精度要求和生產需求。
展開 基于自動化生產的卡車縱梁落料沖孔模設計
由于重載汽車縱梁料厚板重，傳統手動落料生產模式不僅生產效率低，而且人工搬料存在一定的安全隱患，無法滿足增產需要。因此，創新設計，實現縱梁落料自動化是目前的發展方向。
模具設計總體思路
圖1 是某款卡車縱梁落料件，材質為B510L，料厚為6mm，產品凈重74.86kg，總孔數351 個，其中φ7mm 孔26 個，φ9mm 孔52 個，φ11mm 孔198 個，φ13mm 及以上孔75 個，通過沖裁力計算，平刃沖裁力達到了39512kN，因此，選擇在5000t 機械壓力機上進行落料沖孔。首先，由于縱梁落料沖孔沖裁力大，根據以往經驗斷沖頭是影響生產效率的一個主要因素；其次，由于板料長，坯料在長度方向會存在一定的翹起，要實現自動化生產，需要穩定的定位且投料時料片能被順利感應檢測到；最后，自動化生產需要確保廢料能順利下滑，模具高度尺寸及修邊廢料尺寸需要提前考慮，以免影響廢料下滑。這些難點問題需要在模具前期設計中做充分考慮，以做出更優化的模具設計方案。
圖1 某款卡車縱梁落料沖孔件
模具穩定可靠的定位設計
縱梁因自動化生產頻率較快，板料能否擺放到位會直接影響產品的質量及生產效率。模具上料利用機器人視覺對中，公差精度可以控制在±2mm，其原理是利用拍照獲得的板料位置圖像經視頻處理軟件后自動調整機器人的軌跡，最終將板料準確置入模具內，但由于放置到模具內會有一個35mm 的高度，如果只是采用一端定位的話，實際放置到模具內時料會存在一些錯動，導致產品沖切報廢(圖2)。為了解決這一問題，前端和后端都需要設計外形定位以確保投料定位精準，如圖3、圖4 所示。
展開 
沖壓加工中最常用到的“沖孔落料工序”通常所用設備的型號及技術參數
五金沖壓件加工工序不同所選用的模具不同，加工設備是不同，今天簡單介紹下沖壓加工廠家在沖壓加工工序---沖孔落料工序所使用設備的型號及技術參數。
★ 沖壓加工落料就是用落料模沿封閉輪廓沖裁板料或條料，沖掉部分是制件；
★ 五金沖壓加工工藝沖孔就是有沖孔模沿封閉輪廓沖裁工件或毛坯，沖掉部分是廢料；
▲沖壓加工設備種類很多，最常用的是偏心壓力機和曲軸壓力機，深度較大或大型覆蓋件常用雙動拉深壓力機。
● 沖壓加工工序--沖孔落料連續模設備的選用
根據沖壓力的大小，選擇開式雙柱可傾臺壓力機JC23-63，其主要技術參數如下：
公稱壓力 630kN
滑塊行程120mm
最大閉合高度360mm
閉合高度調節量80mm
滑塊中心線到床身距離260mm
工作臺尺寸；480×710mm
工作臺孔尺寸: ∮250mm
模柄孔尺寸：∮50×80mm
墊板厚度：90mm
五金沖壓加工設備選用洽當在生產中不緊能提大大提高生產效率，還能延長模具的使用壽命，起到事半功倍的作用，所以對設備的選用一定要引起高度的重視。
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展開 五金落料連續模設計實例薄弱部分先沖孔
沖壓模具設計有一個很基本的原則,那就是弱區先變形.我們很多時候,會遇到一些需要下料的產品,而這樣的產品,是不規則的,特別是一些地方會出現薄弱部分,比如細長的腰形部分,如果整體沖出來,會很大程度上降低下料沖頭的強度,這時我們可以對薄弱部分先沖孔,來看一個落料連續模設計薄弱部分先沖孔的實例.
首先我們看一下產品圖,如下:
看到這個產品圖,您會想到什么?如果對輪廓形狀中的薄弱部分進行外形落料沖裁,則會導致薄弱部分的凹模或凸模損壞，無法維持模具的可靠性.
連續加工時，易于對這種問題采取應對措施。如【圖2】的卸料板布局所示，對薄弱部分進行沖孔，然后進行外形沖裁.由于連續加工時采取沖孔與外形沖裁的模式，因此即使將外形的部分加工改為沖孔，也沒有什么大問題.
但采用這種布局時，外形形狀沖孔加工部分與落料沖裁部分的毛刺方向相反,這是在落料型加工方法中無法回避的問題,要使毛刺方向一致時，采用外形沖切型加工方法.
當然,我們可以在模具中進行壓毛邊的步驟.
這也存在問題,這就是【圖2】中示為搭接頭的部分,在沖孔與落料交叉的部分，與1次加工的形狀相比并不光潔,在產品的顯著部分或重要部分放上搭接頭是避免上述問題的一種方法,但也易于出現毛刺.
可制作搭接頭的代表性形狀為【圖3】的倒角形狀與【圖4】的R形狀.
倒角形狀時，可采取通過延長倒角線來制作沖裁形狀的措施,R形狀時，如【圖4】(b)所示，如果完全按形狀制作搭接頭部分，則會失敗.如【圖4】(a)所示，從R形狀劃30度左右的切線，然后按倒角形狀制作沖裁形狀.雖然不是完全的R形狀，但可減少毛刺的發生.
展開 五金落料連續模設計實例——薄弱部分先沖孔
我們很多時候,會遇到一些需要下料的產品,而這樣的產品,是不規則的,特別是一些地方會出現薄弱部分,比如細長的腰形部分,如果整體沖出來,會很大程度上降低下料沖頭的強度,這時我們可以對薄弱部分先沖孔,來看一個落料連續模設計薄弱部分先沖孔的實例。
首先我們看一下產品圖,如下:
看到這個產品圖,您會想到什么?如果對輪廓形狀中的薄弱部分進行外形落料沖裁,則會導致薄弱部分的凹模或凸模損壞，無法維持模具的可靠性。
連續加工時，易于對這種問題采取應對措施。如【圖2】的卸料板布局所示，對薄弱部分進行沖孔，然后進行外形沖裁。由于連續加工時采取沖孔與外形沖裁的模式，因此即使將外形的部分加工改為沖孔，也沒有什么大問題。
但采用這種布局時，外形形狀沖孔加工部分與落料沖裁部分的毛刺方向相反,這是在落料型加工方法中無法回避的問題,要使毛刺方向一致時，采用外形沖切型加工方法。
當然,我們可以在模具中進行壓毛邊的步驟。
這也存在問題,這就是【圖2】中示為搭接頭的部分,在沖孔與落料交叉的部分，與1次加工的形狀相比并不光潔,在產品的顯著部分或重要部分放上搭接頭是避免上述問題的一種方法,但也易于出現毛刺。
可制作搭接頭的代表性形狀為【圖3】的倒角形狀與【圖4】的R形狀。
倒角形狀時，可采取通過延長倒角線來制作沖裁形狀的措施,R形狀時，如【圖4】(b)所示，如果完全按形狀制作搭接頭部分，則會失敗。如【圖4】(a)所示，從R形狀劃30度左右的切線，然后按倒角形狀制作沖裁形狀。雖然不是完全的R形狀，但可減少毛刺的發生。
小結
對于這個產品來說,算是非常簡單了,但這里我們需要注意的一點,就是要對薄弱部分先沖孔,對此來保證模具質量和壽命。至于連接搭邊的話,還有很多種其它的方法。
展開 車架內外縱梁一體成形模具設計案例分析總結
一般傳統成形工藝，汽車車架縱梁內外板是各自落料沖孔，各自成形，模具開發成本高，成形后考慮精度存在差異，容易造成縱梁內外板裝配孔位置不吻合，導致鉚焊裝配困難，且內外板形面因不吻合導致裝配間隙大，裝配間隙大會削減縱梁的抗彎強度。
內外縱梁一體成形是在一副模具中完成內外縱梁的成形
主要工藝流程包括：
①首先將車架縱梁內、外板各自落好料，預留塞焊孔位；
②將各自落好的車架縱梁內、外板料按照裝配的位置塞焊在一起，并打磨處理；
③將焊接在一起的車架縱梁內、外板放入縱梁成形模里成形。本工藝避免了縱梁內外板各自成形孔位置不對位造成裝配困難的問題，并且裝配間隙也很小，提高縱梁的抗彎強度，減少成形模具投資成本并降低生產成本，應用前景廣闊。
零件工藝性分析
圖1 內外縱梁零件圖（A外梁、B內梁）
圖1為內外縱梁零件圖，零件材料都為B510L（屈服強度≥355MPa，抗拉強度為510～630MPa，延伸率≥24%），內縱梁厚度為3.0mm，外縱梁厚度為5.0mm，外觀尺寸為5722mm（內梁為5007mm）×170mm×131mm，臺階落差為50mm，內縱梁內外R角為3mm及6mm，外縱梁內外R角為5mm及10mm。該產品的主要技術要求：生產節拍（≥3.5SPM）、張口度（0～2mm）、上下翼面不齊度（±1mm）、扭曲度（3mm）、翹曲度（4mm）、臺階落差（±2mm）及面品（在全長范圍內，上下翼面及腹面不得有起皺、拉毛、暗傷和裂紋等缺陷）。
由于內外縱梁一體成形工藝的特點，內梁外R角與外梁內R角設計一致，考慮最小內R角要求（內R≥料厚t）及零件回彈控制特點，外梁內R角從R5→R6mm。在外梁落料沖孔模不調整的基礎上，板料R角處中性層弧長變更：△L=L變更后-L變更前=(2+п×7.5/2)-п×8.5/2=0.42(mm)。
展開 實例解析沖壓件工藝方案的選擇
【U型彎曲件，且帶有對稱的沖孔]，這種沖壓件的結構簡單,左右對稱，對彎曲成形較為有利。它的生產包括落料、沖孔和彎曲三個基本工序，可以采用的工藝方案有三種：
方案一：先落料，后沖孔、再彎曲。采用三套單工序模生產；
方案二：落料—沖孔復合沖壓，再彎曲。采用復合模和單工序彎曲模生產；
方案三：沖孔—落料連續沖壓，再彎曲。采連續模和單工序模彎曲模生產。
下面來比較一下這種三種沖壓加工方案哪種更合理：
方案一模具結構簡單，但需要三道工序三副模具，生產效率低；
方案二：需兩副模具，且用復合模生產的沖壓件形位精度和尺寸精度易保證，生產效率較高，但有時零件孔邊距較小，小于凸凹模允許的最小壁厚6.7mm時，就不宜采用復合沖壓工序；
方案三也需要兩副模具，生產效率也很高，但零件的沖壓精度較差。要保證沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，故其模具具制造、安裝復合模具稍復雜。
通過對上述三種沖壓加工方案的綜合分析，這種帶孔的U型沖壓件采用方案三做為沖壓工藝方案較好。
展開 沖壓件加工中基本工序的分類
而每種工序又包括很多沖裁形式，如落料、切邊、沖孔等。
沖壓件加工中成形工序是指坯料受外力后，應力超過了材料的屈服強度，經過塑性變形，成為具有一定形狀的加工工序。其目的是使沖壓坯料在不產生裂紋的條件下，發生塑性變形并轉化成為所要求的工件形狀。這種變形形式很多，如彎曲、拉深、冷擠壓、脹形等工序。
為了進一步提高沖壓件加工生產效率，有時常常把兩個以上基本工序合并成一個工序，即稱為復合工序，如落料→沖孔，落料→拉深→切邊以及落料→沖孔→彎曲等。這些不同工序的復合可根據工件所要求的實際情況來進行，多數是通過改進沖模結構來實現的。復合工序賴以生產的模具稱為復合模，是一種很有發展前途的高效模具，它可以大大提高生產效率和降低工件的成本，便于自動化生產。
展開 幾種沖壓件加工工藝方案比較
五金沖壓件加工廠，加工各種沖壓件，不銹鋼沖壓件，機械配件等，沖壓件加工需要許多種工序，每加工生產一種沖壓件，要提前計算好所需要加工的工序，所以這需要專業的技術人員來做專業的計算，計算的精確不精確，直接影響到工件的生產成本和加工效率，在確定每一種加工方案時，都要細細研究，才能更好的進入加工流程；
沖壓件加工有許多工序，包括落料、沖孔兩個基本工序，還可以有以下三種工藝方案，下面來看一下這三種方案的簡單介紹、分析和比較，看一下哪種符合沖壓件加工方案；
一；先落料，后沖孔，采用單工序模生產。
二；落料—沖孔--復合沖壓，采用復合模生產；
三；沖孔—落料連續沖壓，采用級進模生產；
方案一沖壓件模具結構簡單，但需要兩道工序兩副模具，生產效率較低，難以滿足該沖壓件的年產量要求。
方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產率也高。盡管模具結構比方案一復雜，但由于零件的幾何形狀簡單對稱，模具制造并不困難。
方案三也只需要一副模具，生產率也很高，但零件的沖壓精度稍差，如要保證沖壓件的形狀位置精度，需要在模具上設置導正銷導正，故模具制造、安裝比復合模復雜。通過對上述三種方案的分析比較，沖壓件加工生產用第二種方案比較好；
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展開 
常用彎曲模的幾種結構形式及各自特點
當上模隨滑塊下移時，板料在凸模,凹模及沖孔凸模作用下，首先完成落料一沖孔工序，并且此沖落的坯件，在托芯凸模和凸凹模之間。上模繼續廠降，則彎曲凹模在斜楔作用下，離開托芯凸模向模后側移動，待落料一沖孔完成后，上模隨壓力機回升時，則彎曲凹模在斜楔和拉簧拉力作用下，又向模具中心移動.恰好接觸落下的坯件并與托芯凸模相互作用，將落料一沖孔后的坯件彎曲成形并將其退出模外。因此，板料在壓力機一次行程下，可以同時完成落料一沖孔一彎曲成形的復合動作，使制品零件一次成形。依此不斷的重復’一下去，壓力機的每一次行程，均可得到一個成形彎曲的制品。
此模具盡管結構復雜，制造加工時較困難，但生產效率較高，便于實現自動化及大批量制品零件的生產。
3.連續彎曲模
模具在工作時，條料以擋料釘和導板定位，當上模下降時，落料凸模將條料切斷。待凹模內落料件堆滿后，上模回升時，在彈簧的作用下滑塊將切斷件向前推進一步。上模再次下降時，彎曲凸模將切斷坯件彎成“U'’形并向前推進一步。待上模再次下降時，在側彎斜楔的作用下，通過固定板、杠桿板、側彎滑塊將“U”形件壓彎成形。上模回升時，在彈簧作用下芯塊退回，卸料板將制品零件卸下從落料孔中落下來。
本模具結構復雜，制造較困難，但它是無廢料一次成形，如能配用自動送料機構，可實現自動化大批量生產。
4.通用彎曲模
模具主要由凸模、左右凹模塊、定位板及頂塊等組成。凹模制成左右兩塊，分別固定在下模板上，在下模板的底部安裝有彈性頂出器。零件彎曲成形后，由頂塊通過彈性頂出器將彎曲件頂出。彎曲前的毛坯由定位板定位。
此模具結構簡單，通用性強，可以壓制任意形狀及尺寸的V形及U形零件。
展開 五金沖壓模具常用的類型有幾種
級進模和復合模就屬于這樣工序組合模具；
級進模工序組合方式常常有下面幾種：
沖孔、落料組合；
沖孔、切斷組合；
連續拉深、落料組合；
沖孔、彎曲、切斷組合；
沖孔、切斷、彎曲組合；
沖孔、翻邊、落料組合；
沖孔、壓印、落料組合；
連續拉深、沖孔、落料組合；
復合模的工序組合方式常有下面幾種：
落料、沖孔組合；
切斷、彎曲組合；
切斷、彎曲、沖孔組合；
落料、拉深組合；
落料、拉深、切邊組合；
沖孔、切邊組合；
落料、拉深、沖孔組合；
落料、拉深、沖孔、翻邊組合；
沖孔、翻邊組合；
落料、脹形、沖孔組合；
級進模和復合模在結構復雜的五金沖壓件模具設計時常常被應用到。
推薦文章：沖壓模具的基本結構組成
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展開 五金沖壓件中U形彎曲件的工藝方案解析
下面來看一下；
在零件為U形彎曲件時，該五金沖壓件的生產包括落料、沖孔和彎曲三個基本工序，還可以有三種工藝方案：
方案一，先落料，后沖孔，在彎曲，采用三套單工序模生產；
方案二，先落料，在沖孔，接著符合沖壓，最后在彎曲，采用復合模和單工序彎曲模生產；
方案三， 沖孔—落料 連續沖壓，再彎曲。采用連續模和單工序彎曲模生產；
下面我們對這幾種方案，研究分析
方案一 模具機構簡單，但需要三道工序三副模具，生產效率較低。
方案二 需要兩副模具，且用復合模生產的五金沖壓件形位精度和尺寸精度易保證，生產效率較高。但由于該零件的孔邊距為4.75mm，小于凸凹模允許的最小壁厚6.7mm，故不宜采用復合沖壓工序。
方案三也需要兩副模具，生產效率也很高，但零件的沖壓精度稍差。要想保證五金沖壓件的形位精度，需在模具上設置導正銷導正，故其模具制造與安裝較復合膜略微復雜；
通過對上述三種方案的綜合分析比較，該五金沖壓件加工生產采用方案三為佳；
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展開 沖裁，彎曲復合模 八大講解
為了保證沖孔翻邊等工序的正常進行，拉深凸模應低于落料凹模上平面1.5~2mm。件7與件3和件16與件3之間應留有0.02~0.04mm的雙面間隙，保證擠切邊質量。
本模具生產效率雖高，但刃口部分進人凹模較長，容易磨鈍，模具制造和修理也較復雜。
(3) 調速器罩落料、拉深、沖孔、翻邊復合模
如圖1-35所示為轎車調速器罩落料、拉深、沖孔、翻邊復合模。
本模具落料凸模兼拉深凸凹模3裝于上模，落料凹模10裝于下模，為順裝式模具結構。為簡化翻邊的制造過程和模具結構，將沖孔、翻邊凸模6做成一體。沖孔、翻邊在同一凸模6的作用力下和凸凹模12共同作用，實現一模兩用，即先預沖孔后翻邊，一先一后的完成沖孔翻邊復合沖壓工序。
本模具預沖孔直徑為φ28. 24mm的情況下，由于采用復合方法進行沖孔翻邊，翻邊部分孔口壁厚減薄為0. 8mm,翻邊高度比圖樣尺寸增加約0. 6mm。因此，若翻邊尺寸有嚴格要求，需要適當增大沖孔凸模直徑。
采用復合沖孔翻邊，沖孔形成的喇叭孔狀非常有利于翻邊。在條件相同的情況下，用復合方法時，其凸模刃口磨刃次數比用分刃方法的凸模刃口刃磨次數少得多。因為前者的毛坯材料變形大，凸模刃口承受的沖擊力減小，凸模磨損程度減輕，因而凸模壽命得以提高。此外由于沖孔的毛刺朝向凸模內側，翻邊后口部不易開裂，有利于提高翻邊質量。
(4)消聲器隔板落料、拉深、沖孔、內外翻邊復合模
如圖1-36所示為汽車消聲器隔板落料、拉深、沖孔、內外翻邊四工序復合模。
本模具的工作過程為:條料依靠導料板2和擋料釘(圖中未表示)送進并定位。上模下行，件8對條料先落料，接著外翻邊預沖孔凸模21和內翻邊預沖孔凸模18沖孔，同時凸凹模6與拉深凸模14進行外緣拉深，上模繼續下行，上下(正反)件16、22分別對φ29.5mm、832. 5mm兩孔進行翻邊。
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