【正文】 形特點(diǎn)，這可通過網(wǎng)格試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。 拉深時(shí)圓角部分的變形程度仍用拉深系數(shù)表示： 式中 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體直徑； D 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體展開毛坯直徑。其工藝難點(diǎn)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(shí) 圖 21 零件圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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(jī)上。合理的油底殼可促進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，體積縮小，質(zhì)量減輕。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了級進(jìn)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(jìn)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。 在級進(jìn)模 CAD/CAE/CAM 發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)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(jìn)模CAD/CAM 軟件 NXPDW。 20 世紀(jì) 60 年代初期，國外飛機(jī)、汽車制造公司開始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用。 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(gè)模具設(shè)計(jì)制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。生產(chǎn)過程逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。本 設(shè)計(jì) 是沖孔和拉深的模具。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院（直屬系）： 材料科學(xué)與工程 時(shí)間： 2021329 學(xué) 生 姓 名 陳翔宇 指 導(dǎo) 教 師 曹建新 設(shè)計(jì)題目 發(fā)動機(jī)油箱底殼零件沖壓工藝分析與模具設(shè)計(jì) 主要研 究內(nèi)容 通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)及資料，了解目前沖壓模設(shè)計(jì)常用方法，綜合運(yùn)用所學(xué)知識與實(shí)踐知識，查閱設(shè)計(jì)手冊和資料，熟練掌握沖壓模具設(shè)計(jì)方法。本設(shè) 計(jì)的內(nèi)容是確定拉延模內(nèi)型和結(jié)構(gòu)形式以及工藝性，考慮了 成型鑲塊和拉伸筋的設(shè)計(jì) ， 繪制模具總圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖。實(shí)現(xiàn)自動化沖壓作業(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。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。通過以計(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。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(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計(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。汽車發(fā)動機(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。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%。 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。 當(dāng) 時(shí)，與圓角部相應(yīng)的圓筒體毛坯直徑為： 則： 式中 為工件底部和角部的圓角半徑； H 為工件的高。 拉深前，在毛坯的直邊部分畫出相互垂直的等距平行線網(wǎng)格，在毛坯的圓角部分，畫出等角度的徑向放射線與等距離的同心圓弧組成的網(wǎng)格。沿徑太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 向愈往口部伸長愈多，沿切向圓角部分變形大，直邊部分變形小，圓角部分的材料向直邊流動。 r/B 愈小，圓角部分的材料向直邊部分流得愈多，直邊部分對圓角部分的影響愈大，使得圓角部分的變形與相應(yīng)圓筒件的差別就大。為了有效預(yù)防油底殼法蘭孔面 36 個(gè)安裝孔及孔位變移問題，也為了使模具的制造及維修帶來方便；將翻 變、校平工序在一套復(fù)合模中完成，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，該方案能同時(shí)滿足產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)節(jié)拍要求，工藝流程最終定為 ： 落料 拉深 整形 切邊 翻邊、校平 沖法蘭面孔 沖放油塞孔 落料毛坯尺寸確定 盒型零件拉深毛坯的形狀與尺寸的確定 毛坯形狀和尺寸的確定應(yīng)根據(jù)零件的 r/B 和 H/B 的值來進(jìn)行，因?yàn)檫@兩個(gè)因素決定了圓角和直邊在拉深時(shí)的影響程度。當(dāng)零件為方盒形且高度比較大，需要多道工序拉深時(shí)，可采用圓形毛坯，其直徑為： （ 1） 公式中的符號見圖 24。根據(jù) 毛坯尺寸的計(jì)算原則 , 遠(yuǎn)離四角圓弧尺寸按彎曲成形計(jì)算長與寬 (實(shí)際中可能稍小 ) 。隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側(cè)面的 材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時(shí)，塑性變形階段便告終，此時(shí)沖裁變形抗力達(dá)到最大值。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 圖 沖裁變形過程 圖 沖裁力曲線 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色 ，且略帶有斜度。 當(dāng)間隙減小時(shí)，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應(yīng)力成分高。分離后產(chǎn)生的斷裂層斜度增大，制件的斷面出現(xiàn)二個(gè)斜角 α1和 α2 ，斷面質(zhì)量也不理想。 2）制件大，從實(shí)用性角度出發(fā)考慮單獨(dú)順序排 樣。合理間隙指一個(gè)范圍值，最大合理間隙，最小合理間隙。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。一般沖模精度較工件精度高 2～4 級。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核 + ≤ 的條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。 普通平刃沖裁模 ，其沖裁力 F 一般可按下式計(jì)算： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 F＝ KptLτ =Lt b? = 式中 τ —— 材料抗剪強(qiáng)度 ， 查資料 [6] 見 P23 附表 16 (得 300MP)； L—— 沖裁周邊總長 (mm)； L=2 340/2+2 150 2/4+865 2+190=； t—— 材料厚度 (mm)， 2mm。 h—— 直刃口部分的高 (mm)； t—— 材料厚度 (mm)。 （ 2）工件形狀相同且分布位置對稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對稱中心相重合。 圖 拉延模具結(jié)構(gòu)裝配圖 油底殼的拉深工藝分析 對拉深件形狀的要求 (1)設(shè)計(jì)拉深件時(shí)，應(yīng)明確注明必須保證的是外形還是內(nèi)形，不能同時(shí)標(biāo)往內(nèi)外形尺寸。其斷面尺寸公差等級一般都在 ITll 以下。通常是使壓邊力 稍大于防皺作用所需的最低值，并按下列公式進(jìn)行計(jì)算。 所設(shè)計(jì)的油底殼拉深模太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 具在經(jīng)過拉深力及壓邊力的分析計(jì)算后，選用 500t 雙動液壓機(jī)進(jìn)行拉深成形，壓邊力可調(diào)（邊缸壓力 200t），有下頂缸裝置。 模具 的 導(dǎo)向 為了滿足 批量生產(chǎn)的要求并保證制件的精度，在模具設(shè)計(jì)中利用下模導(dǎo)板與上模 導(dǎo)板座之間面與面的配合，保證了壓邊圈 座與凹模座的導(dǎo)向穩(wěn)定性和可靠性 。對于中 間拉伸 , 由于中間部分材料成形基本上 *兩邊材料流動過來 , 其短邊 R a 角和角部R a 角要更大些 (對于小 R 過渡高、低部分要建議設(shè)計(jì)改大 ) , 而其他部分圓角也相應(yīng)增大 , 主要是板料法蘭尺寸大 , 若 R a 小則材料變薄嚴(yán)重 ,通常做法是 :兩邊及大頭一邊凹模圓角半徑取 R a = (5～ 10) t ,設(shè)計(jì)時(shí)取小些 ,以后再根據(jù)實(shí)際放大。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 (2)凹模及成型鑲塊均采用 Cr12MoV，淬火硬度 為 5862HRC。 注： 材料名稱：碳素工具鋼 牌號： T10A ， 標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 12981986 ● 特性及適用范圍：此鋼強(qiáng)度及耐磨性均較 T8 和 T9 高，但熱硬性低、淬透性不高且淬火變形大。以上分析采用的近似盒形件方式 ,接近盒形件一次拉伸的最大值 ,為保證批量生產(chǎn)和拉伸的穩(wěn)定性 , 建議采用國產(chǎn)寶鋼 STl SPEC、日本 SPECN 、美國 SAEl005 鋼號的材料進(jìn)行拉伸 。缺點(diǎn)是灰塵和雜質(zhì)易粘在制品和模具上 , 造成拉痕 , 拉伸后還要進(jìn)行除油處理。為防止油箱底殼破裂 ,一般采用模具具體部位的修理 , 毛坯的再改善 , 潤滑方式的改善 ,調(diào) 整壓邊力大小 (以利材料流動 ) 等方法。 (3) 精度不良。對于拉痕 , 主要 *提高凸模硬度和合理的凸模圓角半徑來控制 , 必要時(shí)采用完全潤滑方式 (前面已介紹 ) 。對較厚的普通制件，一般采用齒形校平模 。 3）凸凹模：其內(nèi)外輪廓 為成形制件的工作部分 。其形式有：上模座、下模座、模柄、 (凸、凹模 ) 固定板、墊板、限位器等。 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 它是大型非標(biāo)模具， 所以加工難，通用性能低，但能提高制品的生產(chǎn)效率。其形式有：定位板、定位銷、擋料銷、導(dǎo)正銷、導(dǎo)尺、側(cè)刃等。 、校平 翻邊 (planging)：指利用模具將工件上的孔邊緣或外緣邊緣翻成豎立的直邊的沖壓工序。 整形一般用于彎曲、拉深成形工序之后。底部處有隆起現(xiàn)象 , 主要是由于油箱底殼拉伸凸模排氣不暢和與成形底板接觸不良造成。 b 處破裂發(fā)生在有中間拉伸的油箱底殼 ,主要是中間凹模圓角過大 ,拉直后材料產(chǎn)生急劇變薄 , c 處與 b 處基本相同 ,但也有例外 , 由于起皺內(nèi)移到圓角處的凹模 R a 附近造成拉斷。 (2) 模具材料。潤滑是拉伸的基礎(chǔ) ,其效果是減小摩擦以利拉伸 , 并能保證制品合格。淬火 ,≥ 62HRC● 熱處理規(guī)范及金相組織：熱處理規(guī)范：試樣淬火 760～780℃ ,水冷?？捎脕碇圃鞌嗝孑^大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷的各種模具和工具。由于油箱底殼長度方向兩邊流動較其它部位快 , 而為保證拉伸件兩邊壁部直而挺 , 作為一次拉伸和二次拉伸的第二道拉伸凸、凹模間隙要小些 , 單邊間隙一般取 (1. 15～ 1. 2) t , 而大頭部分圓角處和短邊的凸、凹模間隙要大些 , 一般取 (1. 8～ 2. 5) t 。 凹模圓角半徑 及凸凹模間隙參數(shù)的確定 油箱底殼主要參數(shù)是凸、凹模間隙及凹模圓角半徑 ,這些參數(shù)的確定均要求有利于拉伸出 件。 為使拉深過程中各處徑向拉應(yīng)力趨于一致，使得各個(gè)區(qū)段的金屬流動趨于均勻 ， 有效防止“多則皺，少則裂”的現(xiàn)象， 在凹模一周通過拉深筋 的合理排布輔助實(shí)現(xiàn)有效地控制。 （ b） 拉深力的計(jì)算 1. 壓力機(jī)的壓力曲線 2. 拉深力 3. 落料力 圖 拉深力與壓力機(jī)的壓力曲線 拉深力由資料 [6]表 419 得： P=KLtb?= K=， t=2mm，b?=300MP， L=2183mm。 拉深工藝力的計(jì)算 （ a） 壓邊力的計(jì)算 解決拉深工作中的起皺問題的主要方法是采用防皺壓邊圈。對半敞開的或非對稱的空心太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 件，應(yīng)能組合成對進(jìn)行拉深，然后將其切成兩個(gè)或多個(gè)零件 。 解析法的計(jì)算依據(jù)是：各分力對某坐標(biāo)軸的力矩之代數(shù)和等于諸力的合力對該坐標(biāo)軸力矩。 壓力機(jī)公稱壓力的選取 沖裁時(shí)，壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于沖裁各工藝力的總和。 當(dāng)查不到抗剪強(qiáng)度τ時(shí)，可用抗拉強(qiáng)度σ b 代替τ，而取Kp＝ 1 的 近似計(jì)算法計(jì)算。 采用配作法，計(jì)算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個(gè)尺寸在磨損過程中是變大，變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計(jì)算。）。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。 凸、凹模具刃口尺寸計(jì)算原則 由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。其上限為最大合理聞隙，下限為最小合理間隙 即合理間隙指的是一個(gè)范圍值。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 工藝方案的確定 本沖件所需的基本工序?yàn)闆_孔、落料、一般可采用： 方案（ 1），單工序模；生產(chǎn)率低，積累誤差大，生產(chǎn)不夠安全，模具簡單，制造容易。如圖 所示。上、下裂紋不重合。在普通沖裁中毛刺是不可避免的 。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。間隙越大，彎曲和拉伸變形也越大。中間拉伸對某些部位材料流動不產(chǎn)生影響 , 可考慮由于底面的不平整對于所需材料流動不同 ,進(jìn)行合理設(shè)計(jì) 。將尺寸為 的盒形件，看作由兩個(gè)寬度為 B 的半太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12