【正文】 of single working procedure of mold design process, introduced the forming of the layout, single working procedure of mold parts design. Determined the reasonable forming steps and the process model of the structure, the design scheme is first blanking, punching, bending, after the last flush again punching. Keywords： Single Die process design punching 重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 1 緒論 沖壓是使板料經(jīng)分離或成型而得到制件的加工方法。沖壓利用沖壓模具對板料進行加工。常溫下進行的板料沖壓加工稱為冷沖壓。模具是大批生產(chǎn)的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。 模具可保證沖壓的尺寸精度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且在加工中不破壞產(chǎn)呂表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價的軋制鋼板或鋼帶為坯料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、重量輕、成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列的優(yōu)點，是其它加工方法所不能比擬的，使用模具已成為工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。 現(xiàn)代的制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。 目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用模具成型工藝方法，以提高警惕產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機加工，一臺普通壓力機設(shè)備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件 到幾十件，高速壓力機生產(chǎn)率已達到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計，飛機、汽車、拖拉機、電機、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品；有 60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風扇等輕工產(chǎn)品，有 90%左右的零件是用模具加工出來的。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位漸為人們所共識。 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器煉制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應(yīng)用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。 20世紀模具生產(chǎn)得到了進一步的發(fā)展，在此期間歸納出的模具設(shè)計原則上，使得壓 力機械、沖壓材料、加工方法、模具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M。進入 20世紀 70年代，不斷涌現(xiàn)出各種高效率、高精度、高壽命的多功能自動模具。其代表是五十多個工位的級和十幾個工位的多工位傳遞模。從 20世紀 70 年代中期至今，計算機逐步進入精度進入模具生產(chǎn)的設(shè)計、制造、管理等各個領(lǐng)域；輔助進行零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模座尺寸和標準、繪制裝配圖和零件圖、輸出 NC 程序（用于數(shù)控加工中心和線切割編程）等工作，使得模具設(shè)計、加工精度與復雜性不斷提高，模具制造周期 不斷縮短。當前國際上計算機輔助設(shè)計（ CAD）。計算機輔助工藝（ CAE）和計算機輔助制造（ CAM）的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復雜零件和模具的要求；在 CAD和 CAM 的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（ CIMS）；開展塑性成形模擬技術(shù) CAE（包括物理模擬和數(shù)學模擬）的研究，以提高工藝分析和模具 CAD 的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能 CAD 等。 三維 CAD 技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動了模具工業(yè)的發(fā)展，使零件設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計在非常直觀的三維環(huán)境下進行，模具設(shè)計完成后，可根據(jù)投影 關(guān)系自動生成工程圖。模具屬于標準化程度較高的工藝裝備，模具設(shè)計中使用的模架及各種標準件可以直接從 CAD 系統(tǒng)中建立的標準庫中直接調(diào)用，大大提高了模具設(shè)計的質(zhì)量和效率。同時，三維 CAD 系統(tǒng)中設(shè)計生成的三維模型可直接用于有限元模擬零件的成形過程及數(shù)控加工編程等后續(xù)應(yīng)用，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)，滿足了 CAD/CAM集成技術(shù)的要求。目前，三維 CAD 技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于模具的設(shè)計，縮短了新產(chǎn)重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 2 品的開發(fā)周期和產(chǎn)品的更新期，使得開發(fā)的新產(chǎn)品達到“高質(zhì)量、低成本、上市快”的目標成為可能。 一 、設(shè)計課題及設(shè)計任務(wù)書 1． 1 設(shè)計 課題 連接板落料、沖孔、彎曲、沖孔單工序模 課題來源 與系部相關(guān)人員及指導教師探討，設(shè)計一套支撐連接板單工序模。 課題研究的目的與基本要求 (1)目的 ①用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識，進行一項冷沖模設(shè)計的實際訓練，從而培養(yǎng)和提高學生獨立工作的能力。 ②擴充“冷沖壓模具設(shè)計”課程所學內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計的方法和步驟。 ③掌握冷沖壓模具設(shè)計的基本知識。如計算、繪圖、查閱設(shè)計資料和手冊，熟悉標準和規(guī)范等。 (2)基本要求 ①達到 課題研究的目的所提的要求。 ②以生產(chǎn)者的身份來設(shè)計模具，為求所設(shè)計模具適合在所在設(shè)備條件下生產(chǎn)，即要綜合生產(chǎn)實際，又要滿足生產(chǎn)要求，更要提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 模具設(shè)計的基本作用 在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中，模具對實現(xiàn)整個沖壓過程有著十分重要的意義。模具壽命是評價某一沖壓方法經(jīng)濟可行的決定因素，模具的設(shè)計與制造質(zhì)量是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的最重要的保證之一。 模具作為生產(chǎn)用精密、高效的工藝裝備，本身也是一種精密的機械產(chǎn)品。重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 3 該機械產(chǎn)品能否滿足對其使用性能和成形精度的要求 ,必須解決好模具設(shè)計與制造、精度與壽命等各方面與模具相關(guān)的問題。 同時模具作為中心議題，可以細分成模具設(shè)計、制造、材料、成本、精度、壽命、安裝、使用，以及標準化等各方面問題。 1）模具設(shè)計是模具制造的基礎(chǔ)，合理正確的設(shè)計是正確制造模具的保證； 2）模具制造技術(shù)的發(fā)展對提高模具質(zhì)量、精度以及縮短制造模具的周期具有重要意義； 3）模具的質(zhì)量、使用壽命、制造精度及合格率在很大程度上取決于制造模具的材料及熱處理工藝； 4）模具成本直接關(guān)系到制件的成本以及模具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益； 5）模具工作零件的精度決定制件的精度； 6）模具的壽命又 與模具材料及熱處理、模具結(jié)構(gòu)以及所加工制作材料等諸多因素有關(guān)； 7）模具的安裝與使用直接關(guān)系到模具的使用性能及安全； 而模具的標準化是模具設(shè)計與制造的基礎(chǔ)，對大規(guī)模、專業(yè)化生產(chǎn)模具具有重要的作用，模具標準化程度的高低是模具工業(yè)發(fā)展水平的標志。 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括： 分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性及材料。 選擇成形的工藝方案和制定工藝卡片。 確定坯料的尺寸、重量及備料方法等。 計算并確定的各項工藝參數(shù)，如壓力機等。 重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 4 進行各模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與校對。 設(shè)計任務(wù)書 本設(shè)計為連接板落料、沖孔、彎曲、沖孔單工序模具，設(shè)計工件如圖 所示 圖 零件圖 技術(shù)要求： ：支撐連接板 ：大批生產(chǎn) ： 20 鋼 4 鍍鋅 重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 5 材料厚度： t= 二 、工藝方案分析及確定 零件的工藝分析 沖裁件的工藝性是指從沖壓工藝方面來衡量設(shè)計是否合理。一般來講，在滿足工件使用要求的條件 下，能以最簡單最經(jīng)濟的方法將工件沖制出來，就說明該件的沖壓工藝性好，否則，該件的工藝性就差。當然工藝性的好壞是相對的，它直接受到工廠的沖壓技術(shù)水平和設(shè)備條件等因素的影響。以上要求是確定沖壓件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸等是確定沖裁件工藝實應(yīng)性的主要因素。 根據(jù)這一要求對該零件進行工藝分析如下： 1 材料 :該沖裁材料為 20 鋼是普通碳素鋼 ,具有良好的可沖壓性。 2 零件結(jié)構(gòu)：該沖裁件結(jié)構(gòu)不算復雜，比較適合沖裁。 3 尺寸精度：精度要求采用 IT10 級。 工藝方案的確定 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線 ，主要包括沖壓工序數(shù)，工序的組合和順序等。確定合理的沖裁工藝方案，應(yīng)進行全面的工藝分析分析與研究，比較其綜合的經(jīng)濟技術(shù)效果，選擇一個最佳的合理沖壓工藝方案。 模具類型分為三種，分別是：單工序模、復合模和級進模。 單工序模又稱簡單沖裁模，是指在壓力機一次行程內(nèi)只完成一種沖裁工序的模具，如落料模、沖孔模、切斷模切口模等。 復合模是指在一次壓力機的行程中在模具的同一工位上同時完成兩道或兩道以上不同沖裁工序的模具。復合模是一種多工序沖裁模，它在結(jié)構(gòu)上的主要特征是有一個或幾個具有雙重作用的工作零件 —— 凸凹模，如落料沖孔復合模中有一個既能作落料凸模又能作沖孔凹模的凸凹模。 由于該工件需要大批量生產(chǎn)，并且材料厚度 t=5mm，采用復合膜不能保證模具的強度要求，并容易損壞模具，所以由沖壓工藝分析可知，該工件采用單工序生產(chǎn)，所以模具類型為單工序模。 該零件包括落料、沖孔、彎曲三個基本工序 ,可以采用以下 2 種工藝方案： 重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 6 (1)先落料再沖出所有孔，之后彎曲。需要 3 副模具。 (2)先落料，再沖出主平面上的 5 個孔，之后彎曲，在沖出彎曲平面上的兩個孔。單工序模生產(chǎn)，需要 4 副模具。 如果選擇方案 1，由于 材料厚度 t=5mm，彎曲后的由于形變導致彎曲平面上的兩個孔無法達到精度要求，并且孔也可能會發(fā)生變形。不能選則方案 1。 選擇方案 2，既能達到工件所需要的精度要求，又能滿足工件大量生產(chǎn)的要求，還能減少模具設(shè)計費用。所以選擇方案 2。 排樣的確定 在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。 彎曲件坯料長度的計算 因為圓角半徑 r，彎曲件變薄不嚴重，按中性層的原理，坯料 總長度等于彎曲件直線部分和圓弧部分長度之和，即 )(180llL 021Z txr ???? ?? （ 21） = 式中 Lz —— 坯料展開總長度， mm； ?—— 彎曲中心角； l1， l2—— 彎曲件直邊長度， mm。 沖裁件的排樣 排樣是指沖件在條料、 帶料或板料上布置的方法。沖件的合理布置（即材料的經(jīng)濟利用），與沖件的外形有很大關(guān)系。 根據(jù)不同幾何形狀的沖件，可得出與其相適應(yīng)的排樣類型，而根據(jù)排樣的類型，又可分為少或無工藝余料的排樣與有工藝余料的排樣兩種。 考慮到該制件的生產(chǎn)綱領(lǐng)與加工條件，采用條料加工有余料的排樣。排樣圖見下圖 重慶理工大學論文 支撐連接板沖壓工藝及模具設(shè)計 7 圖 拍樣圖 材料利用率 衡量材料經(jīng)濟利用的指標是材料利用率。本工件可直接購買 5mm 166mm2444mm 的板料。 一塊板料沖 20 個工件。 一個進距內(nèi)的材料利用率為 η = nA/BH 100%=（ 122） 100%= % （ 22） 式中： A—— 沖裁件面積（包括沖出小孔在內(nèi)）（ mm2）； B—— 條料寬度（ mm）； H—— 進距（ mm） . 一張板料上總的材料利用率η∑為： η∑ = NA/LH 100%=(20 2444) 100%=% (23) 式中： N—— 張條料上的沖件總數(shù)目； L—— 板料長度（ mm）； B—— 板料寬度（ mm）； 重慶理工大學論文