【正文】 下的協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化” ，它將成為模具制造業(yè)全球化的發(fā)展趨勢。 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等力一面的全球化、國際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢是使 CAD/CAE/CAM 技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個(gè)行業(yè)中推廣，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)成為可能。美國在其《 21 世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到 2021 年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn) /虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從 40 個(gè)月縮短到 4 個(gè)月。 智能化 CAD/CAM 系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過虛擬專家來處理模具設(shè)計(jì)制造中的問題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)模塊知識庫模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識表示，特征統(tǒng)計(jì)，推理力法，概念設(shè)計(jì)等問題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)具山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 4 備人上智能 (AI)理想的智能模具 CAD/CAM 系統(tǒng)響應(yīng)，自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案，對方案進(jìn)行最優(yōu)評價(jià)和選擇，并對模具設(shè)計(jì)制造提供全方位的過程響應(yīng)和處理。 沖壓變形理論基礎(chǔ) 塑性變形的基本概念 在金屬材料中，原子之間作用著相當(dāng)大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒有其他外力作用的條件下，金屬物體將保持自有的形狀和尺寸。當(dāng)物體受到外力作用之后，它的形狀和尺寸將發(fā)生變化即變形，變形的實(shí)質(zhì)就是原子間的距離產(chǎn)生變化。假如作用于物體的外力去除后，由外力引起的變形隨之消失，物體能完全恢復(fù)自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為彈性變形。如果作用于物體的外力去除后，物體并不能完全恢復(fù)自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為塑性變形。塑性變形和彈性變形都是在變形體不破壞的條件下進(jìn)行的。 通常用塑性表示材料塑性變形能力。所謂塑性是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性能力。 塑性力學(xué)基礎(chǔ) （ 1）點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) （ 2）金屬的屈服條件 （ 3）金屬塑性 變形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 金屬塑性變形的一些基本規(guī)律 （ 1）硬化規(guī)律 （ 2）卸載彈性恢復(fù)規(guī)律和反載軟化現(xiàn)象 （ 3）最小阻力定律 沖壓材料及其沖壓成形性能 （ 1）沖壓成形性能的概念 材料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力稱為材料的沖壓成形性能。 ①成形極限 在沖壓成形過程中，材料能達(dá)到的最大變形程度稱為成形極限 ②成形質(zhì)量 沖壓件的質(zhì)量指標(biāo)主要是尺寸精度、厚度變化、表面質(zhì)量以及成形后材料的物理、力學(xué)性能等。 （ 2）板材沖壓成形性能的實(shí)驗(yàn)方法 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 5 （ 3）沖壓材料 對沖壓材料的要求： ① 對沖壓成形 性能的要求，見表 表 沖壓對沖壓材料的性能要求 工序名稱 性能要求 沖裁 具有足夠的塑性，在進(jìn)行沖裁時(shí)板料不開裂；材料的硬度一般應(yīng)低于沖模工作部分的硬度 彎曲 具有足夠的塑性、較低的屈服極限和較高的彈性模量 拉深 高塑性、屈服極限低和板厚方向性系數(shù)大，板料的屈強(qiáng)比 s? / b? 小，板平面方向性系數(shù)小 ②對材料厚度公差的要求 材料的厚度公差應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因?yàn)橐欢ǖ哪＞唛g隙適用于一定的厚度的材料，材料厚度公 差太大，不僅直接影響制件的質(zhì)量，還可能導(dǎo)致模具和沖床的損壞。 ③對表面質(zhì)量的要求 材料的表面應(yīng)光潔平整，無分層和機(jī)械性質(zhì)的損傷，無銹斑、氧化皮及其他附著物。表面質(zhì)量好的材料，沖壓時(shí)不易破裂，不易擦傷模具，工件表面質(zhì)量好。 沖壓常用材料有： ①黑色金屬：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、電工硅鋼等。 ②有色金屬：銅及銅合金、鋁及鋁合金、鎂合金、鈦合金等。 ③非金屬材料：紙板、膠木板、塑性板、纖維板和云母等。 模具材料選用 沖壓對模具材料的要求 沖壓對模具材料的要求 見表 。 表 沖壓對模具材料的要求 模具類型 工作條件 模具工作零件材料的性能要求 沖裁模 主要用于各種板料的沖切成形，其刃口在工作過程中受到強(qiáng)烈的摩擦和沖擊 具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能 彎曲 主要用于板料的彎曲成形，工作負(fù)荷 具有高的耐磨性和斷裂抗力 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 6 模 不大，但有一定的摩擦 拉深模 主要用于板料的拉深成形，工作應(yīng)力不大，但凹模入口處承受強(qiáng)烈的摩擦 具有高的硬度及耐磨性，凹模工作表面粗糙度值比較低 沖模材料的選用原則 模具材料的選用，不僅關(guān)系到模具的使命壽命，而且 也直接影響到模具的制造成本，因此是模具設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。在沖壓過程中，模具承受沖擊負(fù)荷且連續(xù)工作，使凸、凹模受到強(qiáng)的松壓力和劇烈摩擦，工作條件極其惡劣。因此選擇模具材料應(yīng)遵循如下原則： （ 1）根據(jù)模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用要求，應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐沖擊、耐疲勞性等； （ 2）根據(jù)沖壓材料和沖壓件生產(chǎn)批量選用材料； （ 3）滿足加工要求，應(yīng)具有良好的加工工藝性能，便于切削加工，淬透性好、熱處理變形?。? （ 4）滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 沖模常見材料及熱處理要求 沖壓模具所用材料主 要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、鋼基硬質(zhì)合金以及鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、環(huán)氧樹脂、聚氨酯橡膠等。沖壓模具中凸、凹模等工作零件所用的材料主要是模具鋼，常用的模具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼、高速工具鋼、基體鋼、硬質(zhì)合金和鋼基硬質(zhì)合金等。常見的熱處理方法見表 。 表 常見熱處理方法 熱處理方法 定義 目的及應(yīng)用 退火 將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間后隨爐溫或在土灰、石英中緩慢冷卻的操作過程 消除模具零件毛坯或沖壓件的內(nèi)應(yīng)力，改善組織，降低硬度，提高塑性 正火 將鋼件加熱到臨界 溫度以上，保溫一定時(shí)間后，放在空氣中自然冷卻的操作過程 其目的與退火基本相同 淬火 將鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間后，隨后放在淬火介質(zhì)中快速冷卻的操作過程 改變鋼的力學(xué)性能，提高鋼的硬度和耐磨性，增加模具的使用壽命 回火 將淬火鋼件重新加熱到臨界溫度以下的一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后在空氣或油中冷卻到室溫的操作過程 它是在淬火后馬上進(jìn)行的一道熱處理工序，其目的是消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑性與韌性，穩(wěn)定零件尺寸 調(diào)質(zhì) 將淬火后的鋼件進(jìn)行高溫回火 使鋼件獲得比退火、正火更好的力學(xué)綜合性能，可 作為最終熱處理，也可山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 7 作為模具零件淬火及軟氮化前的預(yù)先熱處理 滲碳 將鋼件放在含碳的介質(zhì)即滲碳劑中，使其加熱到一定溫度，使碳原子滲入到鋼件表面層內(nèi)的操作過程 使模具零件表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保留原有的良好韌性和強(qiáng)度，屬于表面強(qiáng)化處理 滲氮 將鋼件放在含氮的氣氛中，加熱至500600℃，氮滲入到鋼件表面層內(nèi)的操作過程 提高模具零件表面具有高硬度和耐磨性，用于工作負(fù)荷不大，但耐磨性要求高及要求耐蝕的模具零件 課題相關(guān)工作 通過老師的指導(dǎo)及同學(xué)的討論，了解本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，確定各自 完成的重點(diǎn)部分。我所要完成的重點(diǎn)部分是沖壓模具的總體設(shè)計(jì)，繪制模具的三維模型和工程圖。查閱相關(guān)資料，完成開題報(bào)告，做好畢業(yè)設(shè)計(jì)前期的知識儲(chǔ)備等。 由給定的目標(biāo)沖壓零件對其進(jìn)行沖壓模具的設(shè)計(jì)。其過程包括分析沖壓件工藝，確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，模具的總體設(shè)計(jì)，模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選定沖壓設(shè)備，繪制模具各零部件的三維零件圖，再總裝成三維裝配圖，繪制模具工程裝配圖及各零部件的工程圖，再制作出模具實(shí)物模型。 最后整理資料，做好畢業(yè)答辯的最后準(zhǔn)備。 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 2 零件工藝分析 工藝分析 要 生產(chǎn)的是變壓器墊片，零件所采用的材料是厚度為 的硅鋼，產(chǎn)品需要大批量生產(chǎn)。 工藝分析如下： ① 材料：該沖裁件的材料硅鋼具有較好的可沖壓性能。 ② 零件結(jié)構(gòu)：該沖裁件結(jié)構(gòu)簡單，比較適合沖裁。 ③ 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。查公差表可得各尺寸公差為： mma 0 ?? 。 mm0 ?? 。 mmc 0 ?? 。 mmd 0 ?? 。 mme 0 ?? 。 mmf o ?? 。 mmg ?? 。 mmh ?? 。 。 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)型式的確定 該零件可以采用以下三種工藝方案： 方案一： 落料 ,采用單工序模生產(chǎn)。 方案二： 落料 沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù)合模生產(chǎn)。 方案三： 沖孔 落料連續(xù)沖壓，采用級進(jìn)模生產(chǎn)。 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 9 方案二，方案三均需要兩套模具，材料的排樣比較復(fù)雜，模具的制造相對困難，而方案 一只需要一套模具制造比較簡單。因所以尺寸均未標(biāo)注公差，一般的落料均能達(dá)到要求。通過對上述三種方案的分析比較，該件的生產(chǎn)采用方案三為佳。 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 10 3 工藝計(jì)算 排樣設(shè)計(jì) 在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約和減少廢料具有重要的意義。在模具設(shè)計(jì)中，排樣設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極為重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作，排樣的合理與否直接影響到材料的利用率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)率與成本以及模具壽命等。所以排樣工作的好壞是左右沖裁經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。 沖裁所產(chǎn)生的廢料分為兩種：一是工件的各種內(nèi)孔產(chǎn)生的廢料，它取決于工件的形狀，一般不能改變，稱為設(shè)計(jì)廢料； 二是由于工件之間的搭邊和工件與條料側(cè)面的搭邊、板料的料頭、料尾產(chǎn)生的廢料，它取決于沖壓方式和排樣方式，稱為工藝廢料。 提高材料利用率最主要的途徑是合理拍樣，使工藝廢料盡量小。另外在滿足工件使用要求的前提下，適當(dāng)?shù)馗淖児ぜ慕Y(jié)構(gòu)形狀也可以提高材料的利用率。 查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表 ,確定搭邊值： 兩工件間的搭邊： mma ? ； 工件邊緣搭邊： mma ? ； 步距： mms ? ； 條料寬度： mmB 65? ； 確定后排樣圖如圖 所示。 圖 排樣圖 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 11 一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為： %%100 1264%100 ?????? BsA? 式中： A—一個(gè)步距內(nèi)沖裁件的實(shí)際面積； B—條料寬度； s—步距。 沖壓力計(jì)算 落料力 落料力可用下式表示： ?F kLt b? 式（ ） 式中： L— 沖裁件的周長（ mm）； t— 材料厚度（ mm）； b? — 硅鋼抗剪強(qiáng)度（ Mpa）； 由式（ ）可得落料力 F==? 240? ? 560=61152N . 卸料力 卸料力可用下式表示： FX =KX F 式（ ） 式中： KX — 卸料力系數(shù)； F— 落料力； 查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表 : 取 KX =。 由式（ ）可得卸料力 FX =? 61152= . 推件力 推件力可用下式表示： FT =nKT F 式（ ） 式中： KT — 推件力系數(shù)； F— 落料力； 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 12 n— 同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù) 查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》表 ： 取 KT =。 n=1。 由式（ ）可得推件力 FT =1? ? 61152= 總沖壓力 因?yàn)椴捎玫氖莿傂孕读虾拖鲁黾绞?，所以選擇沖床時(shí)的總沖壓力可用下式計(jì)算： FZ =F+FT 式（ ） 由式（ ）可得總沖壓力 FZ =61152+=? 100KN 確定模具壓力中心 零件圖如圖 所 示。因零件圖形是對稱的，所以模具的壓力中心即圖形的幾何中心。 圖 零件圖 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 采用單工序落料模，落料以落料凹模為基準(zhǔn)計(jì)算，落料凸模按間隙值配制；凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸。采用凸模與凹模配作法來確定凸模和凹模的刃口尺寸。 零件圖上所有尺寸均未標(biāo)注公差，屬于自由尺寸，公差等級按 IT14 級，選 x=。 落料凹模的基本尺寸計(jì)算如下： 第一類尺寸：磨損后增大的尺寸 a凹 =( ? ) ?? = ? mm。 b凹 =( ? ) ?? = ? mm。 c凹=( ? ) ?? = ? mm。 山東科技大學(xué)畢業(yè)論文 13 e凹 =( ? ) ?? = ? mm。 f凹 =c凹 = ? mm。 第二類尺寸：磨損后減小的尺寸 g凹 =(13+ ? ) 0 ?? =? mm。 f凹 =g凹 =? mm。 第三類尺寸 :磨損后基本不變的尺寸 ?????? ）（凹d = ? mm。 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是：