【正文】 氣缸蓋罩沖壓組合復(fù)合模具設(shè)計(jì) II 摘 要 冷沖壓是一種常用的機(jī)械制造工藝，其材料利用率高，生產(chǎn)率高。設(shè)計(jì)中， 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先分析了零件的外形特征及工藝性，安 排了成形工藝，計(jì)算了相關(guān)參數(shù)及工作尺寸，選擇了沖壓設(shè)備，進(jìn)行了模具的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，再 利用三維設(shè)計(jì)軟件 Solidworks 完成了拉深、切邊模具和零件的幾何形狀造型，并運(yùn)用 dynaform仿真軟件對(duì)沖壓過(guò)程進(jìn)行了模擬。 工藝方案制定 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 三維造型基礎(chǔ) ............................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第五章 數(shù)值模擬及設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化 ................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 分析結(jié)果及問(wèn)題解決 .................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第六章 總 結(jié) .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。模具種類(lèi)繁多，但其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿(mǎn)足大量需要，又有較高技術(shù)含量，特別是目前國(guó)內(nèi)尚不能自給，需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具。模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在 ： 大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命、中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專(zhuān)業(yè)模具廠(chǎng)數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加； “ 三資 ” 及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快 。首先，模具的發(fā)展朝著高效，簡(jiǎn)易，多功能，高壽命，高精度的方向發(fā)展。 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 2 課題主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題主要的研究?jī)?nèi)容是氣缸蓋罩沖壓模具的設(shè)計(jì) 與分析，對(duì)模具進(jìn)行三維造型 。 課題主要設(shè)計(jì)任務(wù) ⒈設(shè)計(jì)出氣缸蓋罩精拉深模具的裝配圖，沖孔切邊復(fù)合模裝配圖，及模具主要零件的零件圖； ⒉用 Solidworks對(duì)精拉深模具及復(fù)合模的各個(gè)進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配； ⒊對(duì)設(shè)計(jì)的模具零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行 dynaform分析，并對(duì)其進(jìn)行完善和優(yōu)化。 （三）沖壓工序的定位于沖壓設(shè)備的選擇 合理選擇定位基準(zhǔn)和定位方法是保證沖壓件質(zhì)量和尺寸精度的基本條件，也直接影響操作和安全；設(shè)備類(lèi)型的選擇主要取決于沖壓工藝要求和生產(chǎn)批量。 （三）模具總裝配圖和零件圖的繪制 繪制模具圖應(yīng)盡量采用 1:1的比例，直觀性好，便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；繪圖時(shí)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械制圖規(guī)定，在不違反制圖標(biāo)準(zhǔn)的前提下按照模具行業(yè)的習(xí)慣和特殊規(guī)定的繪制方法作圖。另外，對(duì)這些問(wèn)題的研究，還能夠推動(dòng)沖壓技術(shù)與理論工作的進(jìn)步。全世界的鋼材中，有 60～ 70%是板材，其中大部分是經(jīng)過(guò)沖壓制成成品。與鑄件、鍛件相比，沖壓件具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。是一種高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開(kāi)卷、矯平、沖裁，到成形、精整的全 自動(dòng)生產(chǎn)。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。優(yōu)點(diǎn)為不需加熱、無(wú)氧化皮，表面質(zhì)量好，操作方便，費(fèi)用較低。優(yōu)點(diǎn)為可消除內(nèi)應(yīng)力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低變形抗力，減少設(shè)備的動(dòng)力消耗。材料質(zhì)量的好壞直接影響到?jīng)_壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、沖壓件質(zhì)量、產(chǎn)品使用壽命和沖壓件成本：沖壓件材料費(fèi)用往往要占沖件成本的 60% 80%。包括便于加工，容易得到高質(zhì)量和高精度的沖壓件，生產(chǎn)率高 （一次沖壓工序的極限變形程度大），模具壽命長(zhǎng)．不產(chǎn)生廢品等。因此，要求材料應(yīng)有良好的塑性和塑性變形的穩(wěn)定性。常用沖壓材料牌號(hào)有： 08, 08F, 08 Al , 10 等，其中以 08 Al 的塑性最好。若晶粒過(guò)細(xì)，則回彈現(xiàn)象增加。 伸長(zhǎng)率、杯突試驗(yàn)值越大，彎心直徑越小，則材料塑性越好。 r 值的大小，表明板材平面方向和厚度方向上的變形難易程度 的比較，當(dāng) r1 時(shí)，板料厚度方向上的變形比寬度方向上的變形困難。抑止起皺所必須的壓邊力和摩擦損失都相應(yīng)地降低，有利子提高極限變形程度。 (2)材料表面平整材料表面若撓曲不平，會(huì)影響剪切和沖壓時(shí)的定位精度，以及由于定位不穩(wěn)而造成廢品，或因沖裁過(guò)程中材料變形時(shí)的展開(kāi)作用而損壞沖頭。 Si—— 硅溶于鐵素體中，強(qiáng)化鐵素體的作用很大，增加強(qiáng)度，降低塑性，含硅量越低越好，深沖壓鋼板不能用硅脫氧 。 Al—— 鋁是鎮(zhèn)靜鋼最終脫氧劑，可與氮形成氮化鋁，顯著降低鋼板的應(yīng)變時(shí)效傾向，容易得到餅形鐵素體晶粒，改善沖壓性能。 目前沖模常用的鋼材品種 有： （ 1) 碳素工具鋼（ T8A, T10A） 該種材料是沖模中應(yīng)用最廣、價(jià)格最便宜的材料，適宜簡(jiǎn)單形式的沖模。 (3） 高碳高鉻模具鋼（ Gr1 Cr12 MoV） 這類(lèi)鋼具有強(qiáng)度高、耐磨、易淬透、變形小等優(yōu)點(diǎn)。 第二章 沖壓工藝與沖壓設(shè)備 11 (5) 硬質(zhì)合金（ YG、 YT） 這類(lèi)材料是以碳化鎢、碳化鈦為基體，以鉆、鎳等鐵族金屬作粘接劑，經(jīng)燒結(jié)而成的一種多相組合材料。 (6) 鋼結(jié)硬質(zhì)合金（ YE） 這是一種以合金鋼為基體，以碳 化鎢或碳化鈦為硬質(zhì)相，用燒結(jié)方法制造的一種材料。 影響金屬塑性和變形抗力的因素 能否充分利用金屬的塑性并在最小變形抗力的情況下獲得所需的工件，是沖壓加工中的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)金屬的塑性及變形能力的影響也越大，例 如，純鋼比碳鋼的塑性好、變形抗力低。在塑性范圍內(nèi)，溫度增加主要影響金屬的軟化作用并使金屬發(fā)生物理化學(xué)變化。這是因?yàn)椴牧铣叽缭酱?，組織和化學(xué)成分越不一致，雜質(zhì)分布越不均勻，應(yīng)力分布也不均勻。 （一）應(yīng)力狀態(tài) 模具對(duì)材料施加的外力引起材料內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)力，單位面積的內(nèi)力的大小稱(chēng)為應(yīng)力。帶正號(hào)的正應(yīng)力或主應(yīng)力表示拉應(yīng)力，帶負(fù)號(hào)的正應(yīng)力或主應(yīng)力表示壓應(yīng)力。當(dāng)外部條件與內(nèi)因相符時(shí)，金屬即會(huì)從彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形。一種應(yīng)變狀態(tài)只有一組主應(yīng)變，可分解成兩部分。在材料的應(yīng)變狀態(tài)中，壓應(yīng)變的成分越多，拉應(yīng)變的成分越少，越有利于材料塑性的發(fā)揮；反之．越不利于材料塑性的發(fā)揮。在單向受拉或單向受壓時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系可以用硬化曲線(xiàn)或用硬化曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示。材料加工硬化不僅使所需的變形抗力增加， 而且對(duì)沖壓成形有較大的影響。硬化曲線(xiàn)可以通過(guò)拉深、壓縮或板料的液壓脹形試驗(yàn)等多種方法求得。 氣缸蓋罩沖壓組合模具設(shè)計(jì) 16 圖 24 金屬的應(yīng)力 應(yīng)變圖 1真實(shí)應(yīng)力曲線(xiàn)， 2假象應(yīng)力曲線(xiàn) 從圖 2— 4中可以看出塑性變形階段的三個(gè)特征點(diǎn)： 到塑性變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 。在塑性力學(xué)中經(jīng)常采用直線(xiàn)指數(shù)曲線(xiàn)來(lái)近似代替實(shí)際硬化曲線(xiàn)。 以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開(kāi)卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫(kù)和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn) 。理想的擠壓速度是當(dāng)凸模與毛坯料接觸時(shí)速度要低，擠壓時(shí)速度要均勻，滑塊速度 (經(jīng)驗(yàn)得知，以12— 24mm/min為好 )； ⒍壓力機(jī)應(yīng)具有超載保險(xiǎn)裝置，以避免由于坯料磷化層脫落成材料成分不均勻等一些未能預(yù)料的原因，使壓力機(jī)工作超載導(dǎo)至 損壞。該零件的沖壓過(guò)程包括拉深 成形、整形、沖孔、切邊、翻邊等工序。 （二）拉深件的圓角半徑 如圖 32所示，拉深件底部圓角半徑應(yīng)滿(mǎn)足 tr1? ，為使拉深順利進(jìn)行，一般取t53r1 ）（? ，此處取 1r =20mm。 表 31 有凸緣拉深件高度的極限偏差 ? 注：本表為未經(jīng)整形所能達(dá)到的數(shù)值。 參考文獻(xiàn) 21 表 32 帶凸緣拉深件的切邊余量 ? （ mm） 注：本表適用于有凸緣筒形件和盒形件。 ⒉根據(jù)角部的拉深系數(shù)進(jìn)行校核：對(duì)于低盒形件，由于因角處變形最大，故變形程度可以用圓角處的假想拉深系數(shù)來(lái)表示： m=r/R=18/22= （ 31） 式中 r：盒形件角部的圓角半徑； R：盒形體角部的坯料半徑。 ⑶坯料尺寸的確定 坯料尺寸根據(jù)坯料面積與拉深件表面積 (包括切邊余量 )相等的原則求出，拉深件毛坯的形狀一般與工件的橫截面相似。一次拉深成型 r=pr ，毛坯尺寸計(jì)算方法為： 0D = ）（ )( 2 ???? HHBB （ 32） = ）（）（ 3 241 3 2 ?????????? =(取 272mm)。材料為上海寶鋼 ST14拉深板，抗拉強(qiáng)度 b? =350MPa。 根據(jù) [1]表 2411，取 q＝ ，得出壓邊力為 176kN。 （三）沖壓設(shè)備的選擇 設(shè)備類(lèi)型的選擇主要取決于沖壓工藝要求和生產(chǎn)批量，在精拉深工序中 一般選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)。本工序中選用閉式上傳動(dòng)拉深壓力機(jī)，型號(hào)為： JA45200，其參數(shù)為： 總公稱(chēng)壓力： 3250kN； 內(nèi)滑塊公稱(chēng)壓力： 2020 kN； 參考文獻(xiàn) 25 外滑塊公稱(chēng)壓力： 1250 kN； 內(nèi)滑塊行程： 670mm； 外滑塊行程： 425mm。 （三）卸料、出件方式的選擇 根據(jù)零件加工的特點(diǎn)及質(zhì)量要求，拉深模具中采用剛性卸料的方式，通過(guò)使用推桿將壓邊圈與雙動(dòng)液壓機(jī)的滑塊進(jìn)行連接，依靠液壓機(jī)將零件推出。 （五）確定模具壓力中心 模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使模具壓力中心與壓 力機(jī)滑塊中心軸線(xiàn)重合，以避免沖壓時(shí)產(chǎn)生偏心載荷，加劇模具及壓力機(jī)滑塊與導(dǎo)軌間的磨損，影響模具及壓力機(jī)的壽命和沖壓質(zhì)量。拉伸開(kāi)始時(shí)，壓料圈 6壓料，拉伸完成后推件，在凹凸模的作用下完成拉伸成型。因此，凹模圓角半徑大小要適當(dāng)。 ⒉精拉深的圓角半徑： ii ）（? （ i=2,3， ⒊首次拉深凸模的圓角半徑： pr =（ ） dr （ 39） 故取 pr =22mm； ⒋精拉深凹模的圓角半徑： pr =（ ri dd 2t） /2 （ 310） 故取 pr =18mm。因此，間隙一般比毛坯厚度略大一些。 ⑶凸、凹模工作部分設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)凸模和凹模工作部分尺寸時(shí)，應(yīng)考慮模具的磨損 和拉深件的回彈，其尺寸公差只在最后一道工序考慮。凹凸模圓角處，筒壁和凸模完全脫離．接觸面最小。 （二 ）壓邊裝置的設(shè)計(jì) 為了防止毛坯凸緣變形部分在拉深過(guò)程中起皺，通常使用的拉深模均設(shè)有壓邊裝置。由于氣缸蓋罩屬于大型拉深件，故采用剛性壓邊圈對(duì)其進(jìn)行壓邊，圖 38所示為氣墊壓邊裝置。