【正文】 349 參考文獻(xiàn)3510 致謝36 1 緒論 沖壓加工與模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動(dòng)力，使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形，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)。板料，模具和設(shè)備是沖壓加工的三要素。沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以，被稱之為冷沖壓或板料沖壓，簡(jiǎn)稱沖壓。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工程技術(shù)[1]。沖壓模具在冷沖壓加工中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[2]。主要表現(xiàn)如下：　　（1）沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次，高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件?！　。?） 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長,所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。　?。?）沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。（4）沖壓一般沒有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力[3]。沖壓模具的形式很多，一般可按以下幾個(gè)主要特征分類：根據(jù)工藝性質(zhì)分類：（1）沖裁模 沿封閉或敞開的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具。如落料模、沖孔模、切斷模、切口模、切邊模、剖切模等。（2）彎曲模 使板料毛坯或其他坯料沿著直線（彎曲線）產(chǎn)生彎曲變形，從而獲得一定角度和形狀的工件的模具。（3）拉深模 是把板料毛坯制成開口空心件，或使空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具。（4）成形模 是將毛坯或半成品工件按圖凸、凹模的形狀直接復(fù)制成形，而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具。如脹形模、縮口模、擴(kuò)口模、起伏成形模、翻邊模、整形模等。根據(jù)工序組合程度分類：（1）單工序模 在壓力機(jī)的一次行程中，只完成一道沖壓工序的模具。（2）復(fù)合模 只有一個(gè)工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在同一工位上同時(shí)完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。（3）級(jí)進(jìn)模（也稱連續(xù)模） 在毛坯的送進(jìn)方向上，具有兩個(gè)或更多的工位，在壓力機(jī)的一次行程中，在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。沖壓加工主要應(yīng)用[4]：由于沖壓具有如此優(yōu)越性，沖壓加工在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。例如，在宇航，航空，軍工，機(jī)械，農(nóng)機(jī)，電子，信息，鐵道，郵電，交通，化工，醫(yī)療器具，日用電器及輕工等部門里都有沖壓加工。不但整個(gè)產(chǎn)業(yè)界都用到它，而且每個(gè)人都直接與沖壓產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系。像飛機(jī)，火車，汽車，拖拉機(jī)上就有許多大，中，小型沖壓件。小轎車的車身，車架及車圈等零部件都是沖壓加工出來的。據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自行車，縫紉機(jī)，手表里有80%是沖壓件；電視機(jī)，收錄機(jī)，攝像機(jī)里有90%是沖壓件；還有食品金屬罐殼，鋼精鍋爐，搪瓷盆碗及不銹鋼餐具，全都是使用模具的沖壓加工產(chǎn)品；就連電腦的硬件中也缺少不了沖壓件。但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益的。當(dāng)然，沖壓加工也存在著一些問題和缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)在沖壓加工時(shí)產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)兩種公害，而且操作者的安全事故時(shí)有發(fā)生。不過，這些問題并不完全是由于沖壓加工工藝及模具本身帶來的，而主要是由于傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備及落后的手工操作造成的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，這些問題一定會(huì)盡快二完善的得到解決。 冷沖壓與模具技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。沖壓件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本等，與模具設(shè)計(jì)和制造有直接關(guān)系。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。近年來，我國模具標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)和銷售形勢(shì)是“產(chǎn)銷兩旺”，主要是因?yàn)槠嚬I(yè)的發(fā)展和國家“十一五”規(guī)劃確定要以重化工業(yè)為重點(diǎn)的拉動(dòng)。根據(jù)對(duì)部分模具標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)的書面調(diào)查，2007 年與2004 年相比，%，%。重視技術(shù)改造, 加大對(duì)新設(shè)備的投資，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的“硬件”實(shí)力。根據(jù)對(duì)部分單位的調(diào)查，近3 萬元，主要增添了加工中心、數(shù)控設(shè)備等。在引進(jìn)、消化的基礎(chǔ)上開展自主創(chuàng)新，使新型模具標(biāo)準(zhǔn)件品種增多，特別是出現(xiàn)了不少與汽車模具配套的新產(chǎn)品。國外模具標(biāo)準(zhǔn)件快速進(jìn)入我國，使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，促使國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)采取了諸多新的應(yīng)對(duì)舉措[5]。比如，①加速新型模具標(biāo)準(zhǔn)件的研制；②根據(jù)企業(yè)自身的實(shí)力和市場(chǎng)不同層次的需求，有針對(duì)性地拓展市場(chǎng)，向相關(guān)行業(yè)發(fā)展，保證了以“標(biāo)準(zhǔn)件為主”向“多種經(jīng)營”發(fā)展，以籌措集累資金，保證模具標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展；③積極開拓國際市場(chǎng)，我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件已開始遠(yuǎn)銷國外，有的企業(yè)出口銷售額已占總銷售額的30% 以上；④采取先進(jìn)的銷售經(jīng)營措施。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件從改革開放以前的“自產(chǎn)自銷，自我配套”，到近年來的“委托經(jīng)銷”向“網(wǎng)絡(luò)銷售”發(fā)展，為此，標(biāo)準(zhǔn)件委員會(huì)經(jīng)過3年的努力已建成“中國模標(biāo)商務(wù)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)了與中國模協(xié)“信息網(wǎng)”的鏈接，現(xiàn)已開通為用戶服務(wù)；加大了標(biāo)準(zhǔn)件委員會(huì)主辦的“模標(biāo)商情”雜志的信息量，設(shè)立了“專題論述”、“協(xié)會(huì)信息”、“技術(shù)交流”、“經(jīng)驗(yàn)交流”、“專題論述”、“企業(yè)采風(fēng)”等欄目，加大了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件企業(yè)的宣傳力度。沖模CAD/CAM技術(shù)已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大的發(fā)展。上海交通大學(xué)在80年代初期開展了打規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，采用交互設(shè)計(jì)方法進(jìn)行條料排樣，模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)方面采用了典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件的自動(dòng)調(diào)用和交互設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)庫，貯存了各種沖模的典型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)零件、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 、設(shè)計(jì)方法和步驟，并向用戶開放，目前在上海交通大學(xué)已建立了模具CAD/CAM國家工程中心[6]?，F(xiàn)代沖壓加工的發(fā)展趨勢(shì)，可以概括為以下幾個(gè)方面：（1）深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對(duì)沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測(cè)某一工藝過程中坯料對(duì)沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性現(xiàn)代沖壓加工的發(fā)展趨勢(shì)，可以概括為以下幾個(gè)方面： （2）深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、各種沖壓工藝的變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對(duì)沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，以預(yù)測(cè)某一工藝過程中坯料對(duì)沖壓的適應(yīng)性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性變形理論逐步起到對(duì)生產(chǎn)過程的直接指導(dǎo)作用。 制造沖壓件用的傳統(tǒng)金屬材料，正逐步被高強(qiáng)鋼板、涂敷鍍層鋼板、塑料夾層鋼板和其他復(fù)合材料或高分子材料所替代。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，加強(qiáng)研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。 （3）在模具設(shè)計(jì)與制造中，開發(fā)并應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)（CAD/CAM），發(fā)展高精度、高壽命模具和簡(jiǎn)易模具（軟模、低熔點(diǎn)金模具等）制造技術(shù)以及通用組合模具、成組模具、快速換模裝置等，以適應(yīng)沖壓產(chǎn)品的更新?lián)Q代和各種生產(chǎn)批量的要求。 （4）推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)（FMS）、多工位高速自動(dòng)沖壓機(jī)以及智能機(jī)器人送料取件，進(jìn)行機(jī)械化與自動(dòng)化的流水線沖壓生產(chǎn)。 （5）精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術(shù)得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，某些傳統(tǒng)的沖壓加工方法將被它們所取代，產(chǎn)品的沖壓加工趨于更合理、更經(jīng)濟(jì)。 選題的意義沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)在制造行業(yè)中占有十分重要的地位，在機(jī)械、電子、汽車、航空以及輕工業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于沖壓加工具有生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)單、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)中有著廣闊的發(fā)展前景，因而需要大量的工程技術(shù)人員去從事和研究沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容。國外發(fā)達(dá)國家對(duì)沖壓加工技術(shù)的應(yīng)用、研究和開發(fā)都比較重視，我國也非常重視沖壓技術(shù)人才的培養(yǎng)[7]。通過對(duì)所給零件的沖壓模具設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)我們專業(yè)知識(shí)的鞏固，增長見識(shí)，拓寬知識(shí)面，鞏固和加強(qiáng)機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、沖壓模具設(shè)計(jì)與制造等專業(yè)理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)分析、解決實(shí)際工程問題的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗(yàn)，奠定良好的基礎(chǔ)。2 工藝分析、排樣設(shè)計(jì)及方案對(duì)比確定沖裁工藝設(shè)計(jì)主要包括沖裁件的工藝分析和沖裁工藝方案的確定兩方面的內(nèi)容。良好的工藝性和合理的工藝方案，可以用最小的材料消耗，最少的工序數(shù)量和工時(shí)，穩(wěn)定地獲得符合要求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命高，因而可以減少勞動(dòng)量和沖裁成本。本次設(shè)計(jì)工件圖如圖21，零件三維圖如圖22：圖21 零件圖圖22 零件三維圖 沖裁件工藝性分析沖裁件的工藝性，是指沖裁件對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性，在沖裁加工中的難易程度。一般情況下，對(duì)沖裁工藝性影響最大的是制件的結(jié)構(gòu)形狀、精度要求、行為公差及技術(shù)要求等。沖裁件的工藝性合理與否，影響到?jīng)_裁件的質(zhì)量、模具壽命、材料消耗、生產(chǎn)效率等。 分析工件的技術(shù)要求（1）加工表面的尺寸精度及尺寸基準(zhǔn)工件中對(duì)標(biāo)有尺寸精度的尺寸按照零件圖的精度進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其他未標(biāo)尺寸按一般精度設(shè)計(jì)，即按國標(biāo)對(duì)非圓形工件精度等級(jí)取IT14級(jí)設(shè)計(jì)，對(duì)圓形工件精度等級(jí)取IT10級(jí)設(shè)計(jì)。 沖裁件的尺寸基準(zhǔn)應(yīng)盡可能和制模時(shí)的定位基準(zhǔn)重合，以避免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?？孜怀叽缁鶞?zhǔn)應(yīng)盡量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面或線上，切不要與參加變形的部分聯(lián)系起來。 （2）主要加工表面的形位公差精度通過分析零件圖，零件的主要形位公差精度未標(biāo)注，形位公差精度按一般的精度要求處理即可滿足工藝要求。（3）表面質(zhì)量要求工件未標(biāo)有表面質(zhì)量精度要求，按照一般要求處理即可滿足工藝要求，即表面粗糙度Ra=。 零件材料的選用工件材料為2A12M，即硬鋁。硬鋁（—％Cu、—％Mg、—%Mn、少量的硅，其余是鋁），有良好的機(jī)械性能、強(qiáng)度大又便于加工，而且密度小，可作輕型結(jié)構(gòu)材料。 一般的硬鋁中，鎂不超過2%。錳可提高強(qiáng)度和耐蝕性，但一般限制錳小于1%，加入少量的鈦可細(xì)化晶粒，%，并希望鐵硅比值大于等于一。 硬鋁的缺點(diǎn)主要有：（1）耐蝕性不良，因此不得不在硬鋁板材表面用軋制方法包一層工業(yè)純鋁（純鋁厚度占板材厚度35%）成為包鋁硬鋁。有包鋁層時(shí)強(qiáng)度有所下降。（2）固溶處理溫度范圍窄，小于此溫度不能發(fā)揮最大強(qiáng)化效果，而超出上限溫度，又有產(chǎn)生晶界“過”的可能使晶粒聚集受到破壞。（3）焊接裂紋傾向大，用熔焊法有困難。 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析此零件為側(cè)彎支座，材料為2A12M，厚度為，生產(chǎn)批量為100萬件。對(duì)制件技術(shù)要求是表面不得有劃痕，無毛刺等，而2A12M材料表面容易劃痕，因此要求沖件間隙合理，工作面表面粗糙度值要小。采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，選用連續(xù)彎曲方式，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需求。零件結(jié)構(gòu)對(duì)稱，形狀不復(fù)雜，但成形工藝復(fù)雜，包括沖裁和多次彎曲，但沒有違反沖裁的工藝性原則，零件能滿足沖壓工藝要求，可以進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。沖裁件的形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、對(duì)稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計(jì)成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料。矩形孔兩端宜用原弧連接，以利于模具加工。沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴(yán)禁尖角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時(shí)，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。沖孔件上孔和孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。 沖裁工藝方案的對(duì)比及確定 沖裁工序的組合沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級(jí)進(jìn)沖裁。復(fù)合沖裁是在壓力機(jī)一次行程中，在模具的同一位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的工序；級(jí)進(jìn)沖裁是把一個(gè)沖裁件的幾個(gè)工序排列成一定順序，組成級(jí)進(jìn)模，在壓力機(jī)的一次行程中，在模具的不同位置同時(shí)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的工序，除最初幾個(gè)沖程外，每次沖程都可完成一個(gè)沖裁件。沖裁組合方式的選擇由以