【文章內容簡介】 電機、電器、儀器、儀表等產品，有 60%左右的零件時用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機、電冰箱及電風扇等輕工產品，有90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金、餐具等物品的大批量生產基本上完全靠模具來進行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識 [5]。 冷沖壓模具的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀 模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器燒制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。 19 世紀，隨著軍火工業(yè)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，模具開始得到廣泛使用。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著世界經濟的飛速發(fā)展， 它又成了大量生產家用電器、汽車、電子儀器、照相機、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當時美國的沖壓技術走在最前列，而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。20 世紀 50 年代中期以前，模具設計多憑經驗，參考已有圖紙和感性認識，根據用戶的要求，制作能滿足產品要求的模具，但對所設計模具零件的機械性能 3 缺乏了解。從 1955 年到 1965 年，人們通過對模具主要零件的機械性能和受力狀況進行數(shù)學分析，對金屬塑性加工工藝及原理進行深入探討，使得沖壓技術得到迅猛發(fā)展。在此期間歸納出的模具設計原則， 使得壓力機械、沖壓材料、加工方法、模具結構、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領域面貌一新，并向實用化的方向推進。進入 20 世紀 70 年代，不斷涌現(xiàn)出各種高效率、高精度、高壽命的多功能自動模具。其代表是五十多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模。字啊此期間，日本以“模具加工精度進入微米級”而站到了世界工業(yè)的最先列。從 20 世紀 70 年代中期至今，計算機逐漸進入模具生產的設計、制造、管理等各個領域；輔助進行零件圖輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模座尺寸和標準、繪制裝配圖和零件圖、輸出 NC 程序等工作，使得模具設計、 加工精度與復雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短。當前國際上計算機輔助設計 （ CAD） ，計算機輔助工藝 （ CAE） 和計算機輔助制造 （ CAM） 的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復雜零件和模具的要求；在 CAD和 CAM 的基礎上建立生產集成系統(tǒng) （ CIMS） ；開展塑性成形模擬技術 CAE的研究，以提高工藝分析和模具 CAD 的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據庫和分布式數(shù)據庫，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能 CAD 等。 中國模具工業(yè)是 19世紀末 20世紀初隨著軍火和鐘表業(yè)引進的壓力機發(fā)展起來的。從那時到 20 世紀 50 年代初，模具多采用作坊式生 產，憑工人經驗，用簡單的加工手段進行制造。在以后的幾十年中，隨著國民經濟的大規(guī)模發(fā)展，模具業(yè)進步很快。當時中國大量引進蘇聯(lián)的圖紙、設備和先進經驗，其水平不低于當時工業(yè)發(fā)達的國家。此后直到 20 世紀 70 年代末，由于錯過了世界經濟發(fā)展的大浪潮，中國的模具業(yè)沒有跟上世界發(fā)展的步伐。 20 世紀 80 年代末，伴隨家電、輕工、汽車生產線模具的大量進口和模具國產化的呼聲日益高漲，中國先后引進了一批現(xiàn)代化的模具加工機床。在此基礎上，參照已有的進口模具，中國成功地復制了一批替代品，如汽車覆蓋件模具等。模具的國產化雖然使中國模具制造 水平逐漸趕上了國際先進水平，但計算機應用方面仍然存在很大差距。 中國模具 CAD/CAM 技術從 20 世紀 80 年代起步，長期處于低水平重復開發(fā)階段，所用軟件多為進口的圖形軟件、數(shù)據庫軟件、 NC 軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價值不高，對許多引進的 CAD/CAM 系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)，經濟效益不顯著。針對上述情況，國家有關部門在“九五”期間制定了相關政策和措施。到 90 年代后期，中國 CAD 軟件產業(yè)從無到有，發(fā)展出一批具有自主知識產權的三維 CAD 軟件，如清華英泰、北航 CAXA、武漢 4 開目等打破了國外產品一統(tǒng)天下的局面。 目前，中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產業(yè)結構有了很大改善，模具商業(yè)化水平大幅度提高，中高檔模具占模具總量的比例也明顯提高，模具進出口比例逐步趨向合理。 三維 CAD 技術的出現(xiàn)，極大地推動了模具工業(yè)的發(fā)展，使零件設計及模具結構設計在非常直觀的三維環(huán)境下進行，模具設計完成后，可根據投影關系自動生成工程圖。模具屬于標準化程度較高的工藝裝備，模具設計中使用的模架及各種標準件可以直接從 CAD 系統(tǒng)中建立的標準庫中直接調用，大大提高了模具設計的質量和效率。同時，三維 CAD 系統(tǒng)中設計生成的三維模型可直接用于有限元模擬零件的成 形過程及數(shù)控加工編程等的后續(xù)應用，適應現(xiàn)代化生產，滿足了 CAD/CAM 集成技術的要求。目前，三維 CAD 技術已廣泛應用于模具的設計，縮短了新產品的開發(fā)周期和產品的更新期，使得開發(fā)的新產品達到“高質量、低成本、上市快”的目標成為可能 [5]。 此次選題的目的和意義 沖壓模具設計是否正確合理、先進和適用 , 對于沖壓生產中沖壓件合格率的高低 , 作業(yè)循環(huán)的快慢 , 模具的制造難易程度及模具的使用壽命等都具有重要的影響。本課題正是考慮到以上的因素，選擇了沖壓模具設計。這也正是符合當前研究的熱點和市場的需求。不 論在科研還是實際生產中都有著深刻的現(xiàn)實意義。 5 第 2 章 工藝分析與方案確定 設計任務 設計題目：罩殼復合模設計 設計內容： 生產批量：大批量 材料： 08 鋼 材料厚度： 2mm φ7 932R2R5242020294 X φ53 5 177。0 . 2232323163 315253 φ1 8 圖 21 制件圖 6 沖壓件的工藝分析 沖壓件的材料選擇分析 08 鋼是優(yōu)質碳素結構剛，易于拉伸成形，具有良好的沖壓性能。 沖壓件的結構和尺寸精度分析 由工件簡圖可見，該工件的加 工涉及到落料、拉深、沖孔三種工序內容。根據變形特點，對于帶孔的拉深件，尤其是 248。5mm 孔到直壁的距離較近，一般應先拉深后沖孔。 對于所沖小孔 248。5mm，按文獻 [5]表 查得，一般沖孔模對該種材料可以沖壓的最小孔徑為 d≥t， t=2mm，因而 5mm 孔符合工藝要求。 對于孔心距 (35177。)mm，按文獻 [5]表 查得，一般精度模具可達到的兩孔中心距離公差為 177。~177。，因而符合尺寸精度工藝要求。 由文獻 [5]圖 可知，最小孔邊距為 ： C≥=3mm,C180。≥t=2mm。而零件上各孔的孔邊 距均大于最小孔邊距。以上各項分析，均符合沖裁工藝要求，故可采用多孔沖裁模進行加工。 毛坯尺寸計算 ，所以毛坯直徑為： 22 )(4 rrdHddD ????? ? 22 )(77477 ????????? = mm 其中 δ 取 ； 故取 D 為 。 7 坯料相對厚度： t/D100=2/100= 式中 t—— 坯料厚度， mm； D—— 毛坯直徑 ， mm； ： Ddm? = = 根據文獻 [5]中公式 ()可知 )1( mDt ?? 故不需要壓邊圈 。 確定拉深次數(shù) 由于拉深件的高度與其直徑的比值不同，有的拉深件可以 用一次拉深制成，而有的高度大的拉深件，則需要多次拉深才能制成。所以根據工件的相對高度 (H/D)和坯料的相對厚度 (t/D100)的大小確定拉深次數(shù) 。 由文獻 [5]查表 可知，由于工件相對高度 遠遠小于 一次拉深時的相對高度 ~，所以工件可以一次拉深成形。 排樣及材料利用率 排樣方法 排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的拍一盒選擇適當?shù)拇钸呏担墙档统杀?、保證工件質量及延長模具壽命的有效措施。應考慮以下原則： ； ，勞動強度低； ，使用壽命長； 。 8 排樣的方式有多種多樣，其中有： (1) 有廢料排樣 (2) 少廢料排樣 (3) 無廢料排樣 根據零件 圖可選用有廢料排樣，模具沿工件全部外形進行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質量，沖模壽命較長。 排樣的形式 分為直排式、斜排式、直對排、斜對排、 混合排等。 根據零件的形狀和排樣方法確定為直排排樣。 如圖 22 所示 2φ1 2 6 . 6130.61 . 51 . 5圖 22 搭邊和排樣 搭邊和料寬 排樣時工件之間以及工件與條料側邊之間留下的余料叫做搭邊。搭邊的作用是補償條料的定位誤差，保證沖出合格的工件；保持條料有一定的剛度，便于送料。搭邊值的大小與下列因素有 關。 (1)材料的力學性能； (2)工件的形狀與尺寸； (3)材料厚度； (4)手工送料、有側壓裝置的模具，搭邊值要小一些。 搭邊是廢料，從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值應愈小愈好。但過小的搭邊容易擠 9 進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質量。一般來說，搭邊值是有經驗確定的，文獻 [5]表 列出了沖裁時常用的最小搭邊值。 由料厚和送料方式查表可知搭邊值 a=2， a1=。 (1)送料步距 條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距（簡稱步距或進距）其大小應為 條料上兩個對應沖裁件的對應點之間的距離。 (2)條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁件零件周邊有足夠的搭邊值。最大條料寬度要能在沖裁時順利在導料板之間送行并與導料板之間有一定的間隙。 送料進距： ????? aDh mm； 條料寬度： ?????? aDB mm； 式中 D— 垂直送料方向的零件尺寸， mm。 板料規(guī)格選用 2mm800 mm3000 mm 每張鋼板裁板條數(shù) n1:為了操作方便，采用橫裁，即 ??n 余 每條裁板上的工件數(shù) n2 2 8 0 0112 ????? s aBn 個 式中 B1 — 鋼板寬度 每張鋼板上的工件總數(shù)： 1 3 2622n 21 ????? nn 總 個 。 材料利用率 材料的利用率 是 衡量材料的經濟利用率的指標 10 %100)4/()( 2 ???? BLDn ?? 總 = %1 0 0)8 0 03 0 0 04/() 2 3 2( 2 ????? =% 制定沖壓工藝方案 工序性質和 數(shù)量 在沖壓加工中，工序性質是指沖壓件所需的工序種類，剪裁，落料，沖孔，切邊等使材料產生分離的工序。彎曲拉深局部成形等使材料產生變形的工序。 沖壓工序性質的確定主要取決于沖壓件的形狀尺寸和精度要求。同時還應考慮沖壓變形規(guī)律及某些具體條件的限制。通常在確定工序性質時應當考慮以下幾方面： (1)從零件圖上直觀的確定工序性質，平板件沖壓加工時常采用剪裁，落料，沖孔等沖裁工序。當平面度要求較高時采用較平的工序進行精壓，當零件的斷面質量尺寸精度要求較高時，需增加修整工序或 采用精密沖裁工藝進行加工。 (2)對零件圖進行計算分析，比較后確定工序性質。 (3)為改善沖壓變形條件，方便工序定位，增加附加工序。預沖工序工藝切口達到改善沖壓變形條件，提高成型質量母的。 根據零件圖分析沖壓加工時須用落料、沖孔、拉深 工序。 確定工序數(shù)量的基本原則是：在保證工件質量，生產率和經濟性要求的前提下，工序數(shù)量應盡可能地減少。 該零件精度要求較高，故采用復合模。 11 工序順序和組合 各工序的安排主要取決于沖壓變形規(guī)律和零件質量要求。工序順序的安排一般應注 意以下幾方面： (1)所有的孔只要其形狀和尺寸不受后續(xù)工續(xù)的影響，都應在平板坯料上沖出。 (2)所在位置會受到以后某工序變形的影響的孔，一般都應在有關的成型工序完成后再沖孔。 (3)孔靠近或孔邊緣較小時，如果模具強度夠高，最好同時沖出。否則應先沖出大孔和一般精度孔，后沖出小孔和高精度孔或者先落料再沖孔，力求把可能產生的畸變限制在最小范圍內。 (4)如果在同一個零件的不同位置沖壓時，變形區(qū)域互相不發(fā)生作用，根據模具結構定位和操作的過程難易程度來確定。 (5)多角彎曲件主要從材料變形核材料的運動兩方面安排彎曲的 順序。一般是先彎外部角后彎內部角，彎角根據零件圖先沖裁后落料，由固定擋料銷定位。 沖壓工序的組合是指將兩個或兩個以上的工序分析合并在一道工序內完成。減少工序及占用的模具設備和數(shù)量，提高效率和沖壓件的精度，在確定工序組合時，首先應考慮組合的必要性和可行性，然后再決定是否組合。 (1)工序組合的必要性主要取決于沖壓件的生產批量。 (2)工序的組合的可行性受到多種因素的限制，應保證能沖壓出形狀、尺寸和精度均符合要求的圖樣，實現(xiàn)其所需動作保證有足夠的強度與現(xiàn)有的沖壓設備條件相適應。 根據零件 圖的要求及批量采用落料、拉深、 沖孔復合模。 沖壓工藝方案 該工件包括落料，拉深，沖孔三 個基本工序，可以有以下三種工