【正文】 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1 前言 由于模具成形具有優(yōu)質(zhì)、高效、省料和低成本等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各個部門，尤其是在機械制造、汽車、家用電器、儀器儀表、石油化工、輕工用品等各工業(yè)部門得到了極其廣泛的應(yīng)用，占有十分重要的地位。據(jù)統(tǒng)計，利用模具制造的零件數(shù)量在上述領(lǐng)域產(chǎn)品中占 80%到 95%以上 [1]。美國模具工業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 300 億美元；而日本模具工業(yè)產(chǎn)值也有 158 億美元（ 1999 年），比起模具工業(yè)初期的 1957年，產(chǎn)值增加了約 300 倍，成為日本經(jīng)濟能飛速發(fā)展，模具制造工藝 222 并在國際市場占有一定優(yōu)勢的重要原因之一。在世界經(jīng)濟發(fā)達(dá)的國家，模具工業(yè) 產(chǎn)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機床制造業(yè)的工業(yè)產(chǎn)值。在日本，模具被譽為：“進(jìn)入富裕社會的原動力”，在德國則冠之以“金屬加工業(yè)中的帝王 [1]”。隨著當(dāng)下市場的多樣化，差異化需求，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品品種多，更新?lián)Q代快，交貨周期短，市場競爭異常激烈。 2020 年中國加入 WTO，全球制造也轉(zhuǎn)移，中國成為世界制造大國，對模具的需求上升。統(tǒng)計資料顯示， 1996 年到 2020 年，我國模具產(chǎn)值平均以 %15的速度增長， 2020 年產(chǎn)值為 330 億元人民幣，位于世界第四 [1]。當(dāng)前我國部分模具設(shè)計與制造在模具的精密度，復(fù)雜度和壽命已達(dá)到或者超越 國際水平。雖然我國模具有了飛速發(fā)展，但任然不能滿足國內(nèi)生產(chǎn)的需求，任然需要花巨資從國外進(jìn)口，主要原因就是我國模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度低；模具品種少、效率低、經(jīng)濟效益差；制造周期長，模具精度不高，制造技術(shù)落后，與模具制造業(yè)相適應(yīng)的先進(jìn)設(shè)備相對較少；新材料使用率低，導(dǎo)致總體模具產(chǎn)品壽命低等。 根據(jù)我國模具現(xiàn)有的問題，我國模具應(yīng)朝著如下方面進(jìn)行發(fā)展：開發(fā)大型，精密，復(fù)雜和長壽命的模具。主要技術(shù)手段有：加速模具的專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，增加模具的互換性和減低模具維護(hù)成本；全面開展模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，縮短模具設(shè)計制 造周期；研發(fā)新材料和新工藝，提高模具壽命，降低模具成本；發(fā)展模具成套設(shè)備，研究模具快速技術(shù)（ RPM）；培養(yǎng)大批高素質(zhì)模具高級人才，以滿足全國甚至全球日益增長的模具使用量 [1]。將中國變成模具大國和強國。 既然人們已經(jīng)認(rèn)識到模具在工業(yè)制造中的重要性，而中國又是一個全球性的制造大國，然而中國模具的設(shè)計制造水平遠(yuǎn)不及歐美發(fā)達(dá)國家水平，面對如此國情，中國迫切需要全面發(fā)展模具設(shè)計設(shè)計制造能力。本次畢業(yè)設(shè)計從電視機殼體框架的沖壓工藝與模具設(shè)計入手，學(xué)習(xí)模具設(shè)計設(shè)計過程，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計理念，分析傳統(tǒng)設(shè)計的不足。從實際成產(chǎn)和 制造工藝方面考慮，對工件進(jìn)行合理的修改建議，解決傳統(tǒng)制造過程中存在的問題。 電視機殼體框架零件的材料為 10 號冷軋鋼板，板厚 ，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，批量較大，是典型的沖壓件。沖壓該零件需要的基本沖壓工藝有落料、沖孔、彎曲。傳統(tǒng)手工的模具設(shè)計效率低，增大了模具的制造周期，現(xiàn)代模具設(shè)計常采用濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，將實現(xiàn)模具從設(shè)計到制造的計算機輔助，大大提高了模具的設(shè)計和制造效率，同時也方便進(jìn)行模具的標(biāo)準(zhǔn)化地管理和制造過程的監(jiān)控。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 2 工藝方案的制訂 零件的工藝性分析 電視機殼體框架的工藝性分析 如圖 所 示電視機殼體框架的零件圖，該零件的材料為 10 號冷軋鋼板，板厚 ，該零件為典型的彎曲件，要求表面不允許有褶皺，彎折處不允許有裂紋等缺陷。大批量生產(chǎn)。 圖 電視機殼體框架 零件圖 從該零件的使用場合要求和技術(shù)要求來看，制造精度要求一般； 總體結(jié)構(gòu)為彎折件， 彎折半徑 r=2mm,彎折角度為 900,都符合模具彎曲 工藝 要求 ； 零件上的孔也多為簡單直孔，精度要求不高，最小孔徑為 4mm，復(fù)合沖裁要求 ；綜上該零件非常適合沖壓加工。 由圖 21 可知，該零件上有 4 個 Ф 4 圓孔， 一個 矩形孔和 一個 長 圓形孔，為節(jié)約 模具數(shù)量和復(fù)雜程度 ，應(yīng)先沖孔再經(jīng)行彎折 ； 由于該零件 大 批量生產(chǎn)，所以應(yīng)盡量選用復(fù)合模以 提高加工效率 。 毛坯尺寸的計算 （ 1） 根據(jù)公式計算。 由于工件為兩次彎曲成形，因此毛坯尺寸僅僅只需計算首次彎曲和第二次彎曲前的毛坯尺寸即可。 如圖 所示工件彎曲部分尺寸 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 圖 彎曲部分尺寸 因為 ? ，查 表 21 可得該工件的中性層位移系數(shù) x=. 表 21 中性層的位移系數(shù) x 值 tr x 2 采用彎曲件毛坯計算公式 ()L a b c r xt?? ? ? ? ? （ ） 則 1 1 1L = a + c +? ?（ r+xt ） 2=28++? （ 2+? ） ? 2=(mm) 2L = 1 6 + 6 . 5 + 2 4 . 3 + ? ?（ 2 + 0 . 3 6 1 . 2 ）=55(mm) 3 3 3L = a + c +? ?（ r+xt ） 2= 3L = 3 + 1 4 + ? ??（ 2 + 0 . 3 6 1 . 2 ） 2=(mm) 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 （ 2） CAD 軟件驗證。 零件的整體結(jié)構(gòu)為彎曲成形，故利用 solidworks2020鈑金工具便能很方便的建立該零件的三維模型圖，且能很方便的求解零件的展開后尺寸，及毛坯尺寸。 參照圖 21 所示零件 圖 ，用 solidworks2020 鈑金工具建立零件的三維模型如圖 所示。 圖 電視機殼體框剪的三維模型 編輯該零件的材 料為 10 號冷軋鋼 ； 展開該零件，便可以 該工件的 各部分尺寸，如圖 所示 圖 展開模型后零件的毛坯尺寸 利用 測量工具，可以獲得毛坯的周長為 (mm)，面積為 5973(mm2) 工藝方案的制定： 通過以上的分析，沖壓該零件需要的基本工序有落料、沖孔和彎曲。根據(jù)這些基本工序和工件結(jié)構(gòu)，可以列出沖壓該工件的各種組合方案有： 方案一：按照基本工序，落料→沖圓孔→沖腰圓孔→沖方孔→首次彎曲成形→二次彎曲成形； 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 方案 二 ：沖孔一次完成，落料→沖全部孔→首次彎曲成形→二次彎曲成形； 方案 三 ：先彎曲再沖孔，落料→首 次彎曲→第二次彎曲→沖孔。 方案 四 ：落料沖孔復(fù)合，落料沖孔→首次彎曲成形→二次彎曲成形； 對以上這些方案進(jìn)行分析：方案一使用單工序模具，需要模具數(shù)量多，且沖孔位置精度差 ；方案二落料 沖孔分部完成，模具結(jié)構(gòu)相對較為簡單，需要四套模具，但考慮到為大批量生產(chǎn)，應(yīng)盡可能使用復(fù)合模，以提高生產(chǎn)效率；方案 三 先彎曲再沖孔，會使得模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了生產(chǎn)效率同時不易保證所需精度。所以綜合考慮該工件的批量，經(jīng)濟性和工藝性，選擇方案 四 ，落料沖孔→首次彎曲→第二次彎曲的工序。 第一步工序：落料沖孔，如圖 所示 圖 落料沖孔 獲得的工件 第二步工序： 首次彎曲成形，如圖 所示 圖 首次彎曲 獲得的工件圖 第三步工序： 二次彎曲成形，成形工件，如圖 所示 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 3 落料、沖孔復(fù)合模具的設(shè)計 由于該工件大批量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，減少模具數(shù)量和工序，從而選用落料拉伸復(fù)合模，符合大批量生產(chǎn)要求；考慮到卸料的方便，常用的落料拉伸復(fù)合模都采用倒裝式。凹凸模裝在上模座，沖孔廢料由下模座排出，落料的邊角料采用彈性卸料裝置推出。 沖壓工藝的計算 排樣設(shè)計 在沖裁過程中，特別是大批量生產(chǎn)過程中，選擇好的排樣設(shè)計可以減少廢料，對節(jié)約 成本具有重要意義。由落料毛坯為矩形件，板厚為 ，查 經(jīng)驗值表 [1]搭邊 a 和 a1 的數(shù)值可以查得沿邊 a=，工件間 a1=。排樣方案如 圖 所示 圖 排樣圖 計算材料的進(jìn)距利用率： η=nA/Bh ? 100% （ ） 式中 A— 沖裁件的面積； n— 一個進(jìn)距內(nèi)沖裁件數(shù)目； B— 條料寬度； h— 進(jìn)距； 所以 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 η= 1 59 73 100%19 3 58 .2? ?? =54% 沖裁工藝中力的計算 沖孔力的計算 （ 1）沖裁力的計算 平刃口模具沖裁時，其理論沖裁力可利用下式公式計算 F0=Ltτ （ ） 式中： L— 沖孔件周長 (mm)； t— 材料厚度 (mm)； τ