【正文】 s of the drawingmold type and structure and process, consider the molding inserts and tensile reinforcement design, draw up the mold assembly drawing and the nonstandard letter detail drawing. Key Words： deep drawing, punching, molding inserts, stretching tendons. 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1 第一章 序言 概述 沖壓 成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件 ,具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其成形件具有自重輕、剛度大、強(qiáng)度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進(jìn)制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機(jī)械、信息、航空航天、國(guó)防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。 在 吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面的知識(shí)后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)需求刺激和推動(dòng)下，沖壓成形技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 沖壓技術(shù)的 發(fā)展 近 幾十年來(lái)，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對(duì)沖壓技術(shù)的認(rèn)識(shí)與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大 規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造（圖 11）。生產(chǎn)過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 圖 11 沖壓作業(yè)方式的進(jìn)化 沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和 現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 模式 — 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS（ Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)等技術(shù)融為一體，將會(huì)給沖壓制造業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個(gè)新的高度。 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 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(guó)家制造水平的重要標(biāo)志。隨 著國(guó)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(lái)越大，技術(shù)要求也越來(lái)越高。目前我國(guó)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： （ 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(guó)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(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車模具國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距。 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù) 沖壓技術(shù)的進(jìn)步首先通過(guò)模具技術(shù)的進(jìn)步來(lái)體現(xiàn)出來(lái) 。對(duì)沖模技術(shù)性能的研太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 3 究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。 20 世紀(jì) 60 年代初期，國(guó)外飛機(jī)、汽車制造公司開(kāi)始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用。通過(guò)以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)互相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)的方式，把模具的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、制造、檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程連成一個(gè)有機(jī)整體，使模具技術(shù)進(jìn)入到綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進(jìn)步的特征。 模具 CAD/CAE/CAM 是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式， 為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)。 模具 CAD/CAE/CAM 在近 20年中經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從試點(diǎn)到普及的過(guò)程。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。 在級(jí)進(jìn)模 CAD/CAE/CAM 發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國(guó) UGS公司與我國(guó)華中科技大學(xué)合作在 UGII（現(xiàn)為 NX）軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā) 出基于三維幾何模型的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM 軟件 NXPDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開(kāi)、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。具有特征識(shí)別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在 2021 年作為商品化產(chǎn)品投入市場(chǎng)。與此同時(shí)，新加波、馬來(lái)西亞、印度及我國(guó)臺(tái)灣、香港有關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也在開(kāi)發(fā)和試用新一代級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM 系統(tǒng)。 我國(guó)從上世紀(jì) 90年代開(kāi)始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開(kāi)展了級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó) 家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在 AutoCAD 軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM 系統(tǒng) HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫(kù)工具和線切割自動(dòng)編程 5個(gè)模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（ Fiool）精沖公司開(kāi)發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模 CAC/CAM 系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模 CAD 系統(tǒng)等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些軟件公司也競(jìng)相加入了級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開(kāi)發(fā)的級(jí)進(jìn)模系統(tǒng) CmCAD、富士康公司開(kāi)發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的 CAD 系統(tǒng) FoxCAD 等。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 展望國(guó)內(nèi)外模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見(jiàn)。今后 10 年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計(jì)理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個(gè)方面。主要表現(xiàn)在： （ 1）模具 CAD/CAM 的專業(yè)化程度不斷提高； （ 2）基于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAE/CAM 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪； （ 3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； （ 4）與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。 的主要特點(diǎn)及意義 該 設(shè)計(jì) 主要針對(duì) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼 零件 的沖壓模具設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于它屬于汽車覆蓋件沖壓成型中典型的深拉延模具。 本 設(shè)計(jì) 涉及的知識(shí)面廣，綜合性較強(qiáng)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開(kāi)闊設(shè)計(jì)思路等方面為作者提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。 汽車油底殼的相關(guān)知識(shí)補(bǔ)充 前言 油底殼是現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中不可缺少的組 成部分。油底殼的儲(chǔ)油量是潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，油底殼的儲(chǔ)油容積對(duì) “濕式 ”潤(rùn)滑系統(tǒng)中機(jī)油完成潤(rùn)滑、冷卻、清洗、密封、防銹等功能具有重要的保證作用。合理的油底殼可促進(jìn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，體積縮小，質(zhì)量減輕。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的材料沿著環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材、安全和低成本的方向發(fā)展，取得了以輕量化為代表的顯著進(jìn)步，呈現(xiàn)著多樣化、多元化的趨勢(shì)。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的材料是其設(shè)計(jì)水平高低、品質(zhì)優(yōu)劣、質(zhì)量大小和競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的基礎(chǔ)之一。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化程度在很大程度上取決于輕量化材料的發(fā)展。近年來(lái)，聚酰胺玻璃纖維增強(qiáng)尼龍工程 材料（ 型超級(jí)尼龍）如 PA66+GF35%、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 5 PA6+GF35%等已成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的輕量化的新材料之一。 塑料材料由于造型容易、質(zhì)量輕、成本低，受到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部門及油底殼制造業(yè)的青睞和關(guān)注。尤其是塑料材料的形狀變化自由度大，塑料材料制成的油底殼具有能夠集成油道、吸油管、機(jī)油過(guò)濾器、單獨(dú)的備用油口和防濺板等優(yōu)點(diǎn)，使其成為兼顧耐熱性和高剛度的一體化的功能零部件材料。 2021 年，世界塑料工程學(xué)會(huì) SPE（ Society of Plastic Engineers），為研發(fā)成功世界首例載貨汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)熱塑性塑料油底殼的德國(guó)薩克森技術(shù)公司（ KTSN）頒發(fā)了 “格蘭特創(chuàng)新特別獎(jiǎng) ”。這種塑料油底殼已成功應(yīng)用在戴姆勒－克萊斯勒汽車公司的奔馳牌新型 ACTROS 載貨 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)上。這種輕量化新材料油底殼的機(jī)油容量較傳統(tǒng)材料油底殼增加了 30%，達(dá)到 39L；新材料油底殼部件總質(zhì)量較傳統(tǒng)材料油底殼減輕 40%，達(dá)到 ；它的生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)材料降低了 20%～ 30%。據(jù)悉，制造這種熱塑性材料油底殼的原材料是德國(guó)巴斯夫（ BASF）公司提供的。這種塑料材料油底殼的材料被命名為 “ ”，其中 35%為增強(qiáng)玻璃纖維。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼材料的發(fā)展歷史 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼材料和相應(yīng)的工藝的發(fā)展歷程是： 鑄鐵或鑄鋁件 ——單層薄鋼板沖壓件 ——壓鑄鋁合金件 ——（金屬 /塑料 /金屬）夾層復(fù)合件 ——SMC 熱固性塑料模塑件 ——（尼龍）熱塑性塑料注塑件。 綜上所述，為了更好的適應(yīng) 現(xiàn)實(shí) 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 的 需求，經(jīng)過(guò)對(duì)該零件結(jié)構(gòu)及使用性能的要求分析，以不降低使用性能為前提，將其從鑄鋁件改為沖壓件！用沖壓的方式完成零件的加工。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼成型工藝的總體分析 如圖 21 所示為改進(jìn)后的油底殼零件， 材料 為 寶鋼產(chǎn)深拉深冷軋鋼板 st15， 料厚 2mm，屬于汽車覆蓋件沖壓成型中典型的深拉延件。 圖 21所示油底殼沖壓件外形不規(guī)則，由復(fù)雜空間曲面構(gòu)成，斷面平面度及孔位位置度要求相對(duì)較高，屬于典型的復(fù)雜深拉深件。其工藝難點(diǎn)主要在于油底殼成型，因成形高度相對(duì)較大，凹模半徑較小，外形不規(guī)則，拉深過(guò)程中各處應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，差別較大，在拉深過(guò)程中易出現(xiàn)拉裂及局部起皺現(xiàn)象，實(shí) 圖 21 零件圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 踐證明，拉深工序及整形工序的合理 確定，將直接關(guān)系到制件質(zhì)量和制件成本。 方案 確定 工藝流程初定 通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)及使用要求的綜合分析，初步制定此零件的工藝流程如下： 落料 拉深（次數(shù)為定） 切邊 沖法蘭面孔 翻邊 校平 沖放油塞孔 此工藝流程的優(yōu)勢(shì)在于：拉深工序后 ，切邊 沖法蘭面孔將通過(guò)復(fù)合模在一道工序中完成，生產(chǎn)效率將得以有效提高。 其缺陷在于：翻邊工序安排在切邊 沖孔復(fù)合工序之后，如此，在沖孔工序產(chǎn)生的安裝孔將在后續(xù)翻邊工序產(chǎn)生一定程度的孔變形及空位變移。 拉深次數(shù)的確定 上述初定的工藝流程，未確定拉深次數(shù)，而拉深件的拉深次數(shù)的合理確定對(duì)制件成型尤為 重要。如何充分利用材料的塑性，有效避免拉深應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，這直接關(guān)系到制件的質(zhì)量和成本。 常規(guī)計(jì)算模式： (a)通過(guò)對(duì)零件的分析，得知該零件形狀接近于盒形件，所以參考盒形件的工藝計(jì)算方法估算其拉深次數(shù)。 由參考文獻(xiàn) [1]可知： 2 24 67603 14 67848 31 67 22bh2 36 67bh2121????????brbr 式中： 1r 為左側(cè)面角部圓角半徑 2r為右側(cè)面角部圓角半徑 1h為左側(cè)工 件高度 2h為右側(cè)工件高度 b 為盒形件短邊寬度 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 通過(guò)查文獻(xiàn) [1]中的 472圖可知，此零件左側(cè)成型接近區(qū)域 II b 的盒形件成型，右側(cè)接近區(qū)域 II c 的盒形件成型，階梯 部位過(guò)渡區(qū)域成型條件尚可，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)推斷，若適當(dāng)加大凹模圓角半徑，此零件可一次拉深成型，若分兩次拉深，成型難度加大模具易失敗，制件質(zhì)量將難以保證。 （ b） 運(yùn)用 盒形件拉深的變形程度 來(lái)確定拉深次數(shù) 由于盒形件初次拉深時(shí)圓角部分的受力和變形比直邊大，起皺和拉破易在圓角部發(fā) 生，故盒形件初次拉深時(shí)的極限變形量由圓角部傳力的強(qiáng)度確定。 拉深時(shí)圓角部分的變形程度仍用拉深