【正文】 壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片，并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá) 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá) 2022 次/min 以上。 模具發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場(chǎng)總體上供不應(yīng)求，市場(chǎng)需求量維持在 600 億至 650 億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持 13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022 年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到 600 多億，同時(shí)，有近 200 個(gè)億的出口） ，到 2022 年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為 600 億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年 9000 多萬美元增長到 2022 年的 2 億美元左右。單就側(cè)面夾持自動(dòng)送料連續(xù)模設(shè)計(jì)汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有 80%的模具需要更換。2022 年我國汽車產(chǎn)銷量均突破 400 萬輛，預(yù)激 2022 年產(chǎn)銷量各突破 500 萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到 260 萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對(duì)模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場(chǎng)總量的 20%之多。目前，中國 17000 多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約 50 多萬。1999 年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 245 億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占 50%，塑料模具約占 33%，壓鑄模具約占 6%，其它各類模具約占 11%。模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水平的重要標(biāo)志。隨著國民經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快， “十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在 [2]：（1）汽車覆蓋件模；（2）精密沖模；（3）大型及精密塑料模；（4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件；（5）其它高技術(shù)含量的模具。目前我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的 40%以上，但在整個(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計(jì)制造方法、手段上已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距。 本課題的主要內(nèi)容與意義本課題主要研究的是級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)。級(jí)進(jìn)模是在壓力機(jī)一次沖程中，在有規(guī)律排列的幾個(gè)工位上分別完成一部分沖裁工序，在最后工序沖出完整工件。因?yàn)榧?jí)進(jìn)模是連續(xù)沖壓，生產(chǎn)過程中相當(dāng)于每次沖程沖制一個(gè)工件，故生產(chǎn)效率高。級(jí)進(jìn)模沖裁可以減少模具數(shù)量，操作方便安全，便于實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化。但它在定位中產(chǎn)生的累計(jì)誤差會(huì)影響工件精度，因此級(jí)進(jìn)模多用于生產(chǎn)批量大，精度要求不高，需要多工序沖裁的小零件加工。根據(jù)零件圖的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行沖壓工藝分析，制定工藝方案，編制零件的加工工藝過程卡。設(shè)計(jì)內(nèi)容還包括：排樣圖設(shè)計(jì)，總的沖壓力計(jì)算機(jī)壓力中心計(jì)算，刃口尺寸計(jì)算，江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4彈簧、橡膠件的計(jì)算和選用，凸、凹?；蛲?、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他沖模零件的設(shè)計(jì)，繪制模具裝配圖和工作零件圖。編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。主要內(nèi)容如下：1 到模具制造相關(guān)企業(yè)調(diào)研，了解模具生產(chǎn)，制造，加工情況。結(jié)合本設(shè)計(jì)課題，查閱相關(guān)資料。并完成基本參數(shù)的計(jì)算及沖壓機(jī)的選用；2 確定模具類型及結(jié)構(gòu)，分析設(shè)計(jì)已知工件級(jí)進(jìn)模具。充分分析工件結(jié)構(gòu)，工藝性，了解級(jí)進(jìn)模機(jī)構(gòu)及工作原理完；3 運(yùn)用 CAD,PROE 等工具軟件輔助設(shè)計(jì)完成模具整體結(jié)構(gòu)；4 對(duì)模具工作部分尺寸及公差進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；5 對(duì)模具典型零件需進(jìn)行選材及工藝路線分析；6 繪制模具零件圖及裝配圖；7 編寫設(shè)計(jì)說明書。該課題是來源于生產(chǎn)實(shí)際，零件結(jié)構(gòu)典型，使用量大，難度適中。本課題在分析零件結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)模具，采用多工序級(jí)進(jìn)模。緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的課題，對(duì)學(xué)生了解和掌握沖壓模具制品生產(chǎn)過程、模具設(shè)計(jì)，提高工程設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問題的能力，具有很重要的意義。學(xué)生經(jīng)過本模具的設(shè)計(jì)后，能較好的掌握沖壓模具的設(shè)計(jì)流程和方法，使其具備一定的沖壓模具設(shè)計(jì)能力，為以后走入工廠打下良好的基礎(chǔ)。側(cè)面夾持自動(dòng)送料連續(xù)模設(shè)計(jì)第二章 工藝分析及沖壓方案確定 沖壓件的工藝分析圖 21 工件由零件圖，對(duì)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能進(jìn)行分析。工藝分析就是對(duì)產(chǎn)品的的沖壓工藝方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性論證，確定沖壓工藝性的好壞。凡沖壓工藝性不好的，可會(huì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，在保證產(chǎn)品使用要求的前提下，對(duì)沖壓件的形狀、尺寸、精度要求及原材料做必要的修改。本零件采用 的 310S 不銹鋼料帶沖壓而成。工件由圖 21 可以看出,該零件外形尺寸不大,但外形復(fù)雜，掛鉤處外形小且精度要求較高 ,屬于中小型精密沖壓件。零件沖裁成形的難點(diǎn)在于沖壓出精度要求較高的掛鉤,一次沖裁很難完成,因此工序的合理分布和沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),將成為零件能否順利成形的關(guān)鍵。由于該零件有 1 個(gè) 和 1 個(gè) 的孔，而且有直線組成的不規(guī)則輪廓外形，因而模具包含有沖孔、多次沖裁及落料等工序。對(duì)于 2 小孔，由于孔徑大于或者等于料厚，不屬于深孔沖裁，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)沒有必要對(duì)沖孔小凸模采取適當(dāng)保護(hù)措施加以保護(hù)，也沒有必要對(duì)凸模進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)。從材質(zhì)上看，沖裁材料較薄，有利于成型，總體來說，該零件沖壓工藝性較好。 工藝方案的分析和確定 工藝方案分析沖裁工序可分為單工序沖裁、復(fù)合工序沖裁和連續(xù)沖裁。(1) 單工序模在一副模具中完成只完成一種工序的沖模，如落料模，沖孔模，拉深模江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6等結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率不高，一般適用于小批量生產(chǎn)。(2) 復(fù)合模是在單工序模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種較先進(jìn)的模，在一副沖模中一次定位可以同時(shí)完成幾個(gè)工序。復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，一套模具能完成若干工序，大大減少了模具和占用的沖壓設(shè)備的數(shù)量，減少了操作人員和周轉(zhuǎn)時(shí)間，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高。 (3) 連續(xù)模是把完成一個(gè)沖件的幾個(gè)工序，排列成一定的順序，組成連續(xù)模，在沖裁過程中，條料在模具中依次在不同的工序位置上，分別完成沖件所要求的工序，除最初幾次沖程外，以后每次沖程都可以完成一個(gè)(或幾個(gè))沖裁件。 在一副模具中，可以完成包括沖裁，彎曲，拉深和成形等多道沖壓工序；減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復(fù)定位過程，顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。由于在級(jí)進(jìn)模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復(fù)合模的“最小壁厚”問題，設(shè)計(jì)時(shí)還可根據(jù)模具強(qiáng)度和模具的裝配需要留出空工位，從而保證模具的強(qiáng)度和裝配空間。 多工位級(jí)進(jìn)模通常具有高精度的內(nèi)、外導(dǎo)向（除模架導(dǎo)向精度要求高外，還必須對(duì)細(xì)小凸模實(shí)施內(nèi)導(dǎo)向保護(hù)）和準(zhǔn)確的定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。 多工位級(jí)進(jìn)模常采用高速?zèng)_床生產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動(dòng)送料、自動(dòng)出件、安全檢測(cè)等自動(dòng)化裝置，操作安全，具有較高的生產(chǎn)效率。目前，世界上最先進(jìn)的多工位級(jí)進(jìn)模工位數(shù)多達(dá) 50 多個(gè)，沖壓速度達(dá)1000 次／分以上。多工位級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。同時(shí)要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好（常采用高強(qiáng)度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料） ，必須應(yīng)用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨等先進(jìn)加工方法制造模具。 多工位級(jí)進(jìn)模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^ 2mm） 、產(chǎn)量大，形狀復(fù)雜、精度要求較高的中、小型零件從零件圖可看出，該零件包括沖孔、多次沖裁外形和落料等基本工序，可以采用以下三種工藝方案：(1) 先落料，再?zèng)_孔，再?zèng)_外形采用三副單工序模生產(chǎn)。(2) 落料－沖外形復(fù)合沖壓，再?zèng)_孔采用一復(fù)合模一單工序生產(chǎn)。(3) 沖孔、沖外形和落料連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。對(duì)以上三種工藝方案進(jìn)行分析比較：方案一：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求。由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁?；蚣?jí)進(jìn)沖裁模方式。方案二：復(fù)合模定位精度高并且滿足大批量生產(chǎn)的要求，仍然需要一副復(fù)合模和一副單工序模，成本較高。同時(shí)需要考慮提高勞動(dòng)效率和節(jié)約人力成本，該工件并不適合用復(fù)合模加工。方案三：級(jí)進(jìn)模本身能滿足大批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)效率最高，也能夠自動(dòng)進(jìn)料，節(jié)約人力。由于工件精度為 IT8 級(jí)，符合級(jí)進(jìn)模加工工件的精度要求。綜上所述，最后確定用級(jí)進(jìn)沖裁方式進(jìn)行生產(chǎn)。側(cè)面夾持自動(dòng)送料連續(xù)模設(shè)計(jì) 根據(jù)上述原則，對(duì)上面的各道基本工序做不同的組合，排出順序，得出具體的工藝方案：工件由一次沖兩孔，兩次初切，兩次精修，最后落料共六道工序沖壓成形，由于要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)料，要先在第一工序安排沖定位孔。工序一：沖定位孔，用于自動(dòng)進(jìn)料定位工序二：沖兩孔工序三：初切掛鉤頭部工序四：初切掛鉤內(nèi)部工序五：精修頭部工序六：精修掛鉤整體工序七：落料 沖壓排樣圖設(shè)計(jì)： 排樣原則：在一幅級(jí)進(jìn)模里，因沖的制件不同，各工位就有不同的沖壓工序，每個(gè)工位的沖壓性質(zhì)都須遵循一定的規(guī)則，如果違背就沖不出合格的制件，所以必須設(shè)計(jì)好。排樣是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，排樣圖的好壞，直接關(guān)系到模具的設(shè)計(jì)。級(jí)進(jìn)彎曲是指彎曲件采用級(jí)進(jìn)模在多個(gè)工位上分步彎曲成形的一種沖壓方 法。由于在沖壓過程中，毛坯始終在長長的條料上進(jìn)行，所以級(jí)進(jìn)彎曲除了遵守多道單工序模彎曲變形規(guī)律之外，其彎曲工序往往比單工序模要增多一些，使級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。級(jí)進(jìn)彎曲模一般由沖裁工序和彎曲工序組成。沖裁工序在開始的幾個(gè)工位二合最后，彎曲工序后面工位。沖裁工序在級(jí)進(jìn)沖壓過程中，擔(dān)當(dāng)切除彎曲件展開外形之外的多余部分料、加工出必要載體和供定距用導(dǎo)正銷孔、彎曲后沖孔和分離制件等。在繪制排樣圖的過程中，應(yīng)注意提高沖壓原材料的利用率。但提高原材料的利用率，不能以大幅提高沖裁模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度為代價(jià)。 排樣工作雖然比較簡(jiǎn)單，但很有講究，而且非常重要。排樣原則如下：① 提高材料的利用率：對(duì)沖裁件來說，由于產(chǎn)量大、沖壓的生產(chǎn)率高，所以材料費(fèi)用常會(huì)占沖件成本的60％以上。材料利用率是一項(xiàng)很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積。沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料可分為結(jié)構(gòu)廢料與工藝廢料兩種。結(jié)構(gòu)廢料是由工件的形狀決定的，而工藝廢料則是由沖方式和排樣方式所決定的。因此要提高材料的利用率只要應(yīng)從減少工藝廢料著手，設(shè)計(jì)處合理的排樣方案。有時(shí)，在不影響沖件使用性能的前提下，頁可適當(dāng)改變沖裁件的形狀。江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文8A 使工人操作方便、安全、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。條料在沖裁過程中翻動(dòng)要少，在材料利用率相同或相近時(shí)，應(yīng)盡可能選條料寬、進(jìn)距小的排樣方法。它還可減少板料裁切次數(shù)，節(jié)省剪裁備料時(shí)間。B 使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模具壽命較高。C 排樣應(yīng)保證沖裁件的質(zhì)量。對(duì)于彎曲件的落料，在排樣時(shí)還應(yīng)考慮板料的纖維方向。排樣設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括選擇排樣方法；確定搭邊的數(shù)值；計(jì)算條料寬度及送料步距；畫出排樣圖。有必要時(shí)還應(yīng)核算材料的利用率。② 排樣方法：根據(jù)材料經(jīng)濟(jì)利用的程度，排樣方法可以分為：A 有廢料排樣法有廢料排樣法是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間，都有工藝余料（稱搭邊）存在，沖裁是閑著沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行，所以沖裁件質(zhì)量較好，模具壽命較長，但材料利用率較低。B 少廢料排樣法少廢料排樣法是只有在沖裁件與沖裁件之間或只有在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊，而在沖裁件與條料側(cè)邊或在沖裁件與沖裁件之間無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁只沿著沖裁件的部分外輪廓進(jìn)行，材料利用率可達(dá) 70％～90％C 無廢料排樣法無廢料排樣法是在沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間均無搭邊存在。這種排樣方法的沖裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達(dá) 85％～95％。采用少、無廢料的排樣法，材料利用率高，不但有利于一模獲得多個(gè)沖裁件，而且可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁件。但少、無廢料排樣的應(yīng)用范圍有一定的局限性，受到工件形狀、結(jié)構(gòu)的限制、且由于條料本身的寬度公差以及條料導(dǎo)向與定位所產(chǎn)生的誤差會(huì)直接影響沖裁件尺寸二使沖裁件的精度降低。同時(shí)，往往因模具單面受力而加快磨損，降低模具壽命，也會(huì)直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。因此，排樣時(shí)必須全面權(quán)衡利弊。無論時(shí)采用有廢料或少、無廢料的排樣，根據(jù)沖裁件在條料上的不同布置方法，排樣方法又有直排，斜排，對(duì)排?？梢愿鶕?jù)不同的沖裁件形狀加以選用。③ 搭邊：排樣時(shí)沖裁件與沖裁件之間以及沖裁件與條料之間留下的工藝余料稱為搭邊。A 搭邊的作用1. 起起補(bǔ)償條料的剪裁誤差、送料步距誤差，以及補(bǔ)償由于條料與導(dǎo)料板之間有間隙所造成的松遼歪斜