【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)計說明書 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 ,具有很多獨特的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程便于實現(xiàn)機械自動化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(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)、機械科學(xué)以及控制、計算機技術(shù)等方面的知識后，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)代先進技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。 沖壓技術(shù)的 發(fā)展 近 幾十年來，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，更重要的是人們對沖壓技術(shù)的認識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化為集成制造（圖 11）。生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實現(xiàn)自動化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 圖 11 沖壓作業(yè)方式的進化 沖壓自動化生產(chǎn)的實現(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)計說明書 2 模式 — 計算機集成制造系統(tǒng) CIMS（ Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個新的高度。 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國家制造水平的重要標志。隨 著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對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）主要模具標準件； （ 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 ，但在整個模具設(shè)計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。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)計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，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)化進程中前進了一大步。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。標志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(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，與國外多工位級進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)的進步首先通過模具技術(shù)的進步來體現(xiàn)出來 。對沖模技術(shù)性能的研太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 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 60 年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用。通過以計算機為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機互相結(jié)合、各盡所長的方式，把模具的設(shè)計、分析、計算、制造、檢驗、生產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術(shù)進入到綜合應(yīng)用計算機進行設(shè)計、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)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式， 為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，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。 模具 CAD/CAE/CAM 在近 20年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。 在級進模 CAD/CAE/CAM 發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀初，美國 UGS公司與我國華中科技大學(xué)合作在 UGII（現(xiàn)為 NX）軟件平臺上開發(fā) 出基于三維幾何模型的級進模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、毛坯排樣、廢料設(shè)計、條料排樣、壓力計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊。具有特征識別與重構(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。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關(guān)機構(gòu)和公司也在開發(fā)和試用新一代級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)。 我國從上世紀 90年代開始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機電研究院等相繼開展了級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國 家重點實驗室在 AutoCAD 軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模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、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、標準件及典型結(jié)構(gòu)建庫工具和線切割自動編程 5個模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（ Fiool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模 CAC/CAM 系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開發(fā)出多工位彎曲級進模 CAD 系統(tǒng)等。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了級進模 CAD/CAM 系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系統(tǒng) CmCAD、富士康公司開發(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)計說明書 4 展望國內(nèi)外模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展，本世紀的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(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。今后 10 年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)必然是當今最好的設(shè)計理念、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，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個方面。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)初見端倪； （ 3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； （ 4）與先進制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。 的主要特點及意義 該 設(shè)計 主要針對 汽車發(fā)動機油底殼 零件 的沖壓模具設(shè)計，難點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 涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。 汽車油底殼的相關(guān)知識補充 前言 油底殼是現(xiàn)代汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)中不可缺少的組 成部分。油底殼的儲油量是潤滑系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)之一，油底殼的儲油容積對 “濕式 ”潤滑系統(tǒng)中機油完成潤滑、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汽車發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡化，體積縮小，質(zhì)量減輕。汽車發(fā)動機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步，呈現(xiàn)著多樣化、多元化的趨勢。 汽車發(fā)動機的材料是其設(shè)計水平高低、品質(zhì)優(yōu)劣、質(zhì)量大小和競爭力強弱的基礎(chǔ)之一。汽車發(fā)動機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，聚酰胺玻璃纖維增強尼龍工程 材料（ 型超級尼龍）如 PA66+GF35%、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 5 PA6+GF35%等已成為汽車發(fā)動機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)動機設(shè)計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、機油過濾器、單獨的備用油口和防濺板等優(yōu)點，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 SPE（ Society of Plastic Engineers），為研發(fā)成功世界首例載貨汽車 發(fā)動機熱塑性塑料油底殼的德國薩克森技術(shù)公司（ KTSN）頒發(fā)了 “格蘭特創(chuàng)新特別獎 ”。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)動機上。這種輕量化新材料油底殼的機油容量較傳統(tǒng)材料油底殼增加了 30%，達到 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%為增強玻璃纖維。 汽車發(fā)動機油底殼材料的發(fā)展歷史 汽車發(fā)動機油底殼材料和相應(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 市場競爭 的 需求，經(jīng)過對該零件結(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)計說明書 6 第二章 發(fā)動機油底殼成型工藝的總體分析 如圖 21 所示為改進后的油底殼零件， 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較高，屬于典型的復(fù)雜深拉深件。其工藝難點主要在于油底殼成型，因成形高度相對較大，凹模半徑較小，外形不規(guī)則，拉深過程中各處應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，差別較大，在拉深過程中易出現(xiàn)拉裂及局部起皺現(xiàn)象，實 圖 21 零件圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 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 通過對零件結(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)勢在于：拉深工序后 ，切邊 沖法蘭面孔將通過復(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)力超過材料的強度極限，這直接關(guān)系到制件的質(zhì)量和成本。 常規(guī)計算模式： (a)通過對零件的分析，得知該零件形狀接近于盒形件，所以參考盒形件的工藝計算方法估算其拉深次數(shù)。 由參考文獻 [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)計說明書 8 通過查文獻 [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 部位過渡區(qū)域成型條件尚可，根據(jù)以往的經(jīng)驗推斷，若適當加大凹模圓角半徑，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） 運用 盒形件拉深的變形程度 來確定拉深次數(shù) 由于盒形件初次拉深時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的極限變形量由圓角部傳力的強度確定。 拉深時圓角部分的變形程度仍用拉深