【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電機(jī)、電器、儀器、儀表等產(chǎn)品，有 60%左右的零件時(shí)用模具加工出來的；而自行車、手表、洗衣機(jī)、電冰箱及電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)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(chǎn)基本上完全靠模具來進(jìn)行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中的決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識(shí) [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(yīng)用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。 19 世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)、鐘表工業(yè)、無(wú)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(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時(shí)美國(guó)的沖壓技術(shù)走在最前列，而瑞士的精沖、德國(guó)的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對(duì)塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。20 世紀(jì) 50 年代中期以前，模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識(shí)，根據(jù)用戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具，但對(duì)所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)械性能 3 缺乏了解。從 1955 年到 1965 年，人們通過對(duì)模具主要零件的機(jī)械性能和受力狀況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，對(duì)金屬塑性加工工藝及原理進(jìn)行深入探討，使得沖壓技術(shù)得到迅猛發(fā)展。在此期間歸納出的模具設(shè)計(jì)原則， 使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、模具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動(dòng)化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)。進(jìn)入 20 世紀(jì) 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(dòng)模具。其代表是五十多個(gè)工位的級(jí)進(jìn)模和十幾個(gè)工位的多工位傳遞模。字啊此期間，日本以“模具加工精度進(jìn)入微米級(jí)”而站到了世界工業(yè)的最先列。從 20 世紀(jì) 70 年代中期至今，計(jì)算機(jī)逐漸進(jìn)入模具生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、制造、管理等各個(gè)領(lǐng)域；輔助進(jìn)行零件圖輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模座尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出 NC 程序等工作，使得模具設(shè)計(jì)、 加工精度與復(fù)雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短。當(dāng)前國(guó)際上計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （ CAD） ，計(jì)算機(jī)輔助工藝 （ CAE） 和計(jì)算機(jī)輔助制造 （ CAM） 的發(fā)展趨勢(shì)是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)，以滿足復(fù)雜零件和模具的要求；在 CAD和 CAM 的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng) （ CIMS） ；開展塑性成形模擬技術(shù) CAE的研究，以提高工藝分析和模具 CAD 的理論水平和實(shí)用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)展專家系統(tǒng)和智能 CAD 等。 中國(guó)模具工業(yè)是 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初隨著軍火和鐘表業(yè)引進(jìn)的壓力機(jī)發(fā)展起來的。從那時(shí)到 20 世紀(jì) 50 年代初，模具多采用作坊式生 產(chǎn)，憑工人經(jīng)驗(yàn)，用簡(jiǎn)單的加工手段進(jìn)行制造。在以后的幾十年中，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模發(fā)展，模具業(yè)進(jìn)步很快。當(dāng)時(shí)中國(guó)大量引進(jìn)蘇聯(lián)的圖紙、設(shè)備和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，其水平不低于當(dāng)時(shí)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家。此后直到 20 世紀(jì) 70 年代末，由于錯(cuò)過了世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大浪潮，中國(guó)的模具業(yè)沒有跟上世界發(fā)展的步伐。 20 世紀(jì) 80 年代末，伴隨家電、輕工、汽車生產(chǎn)線模具的大量進(jìn)口和模具國(guó)產(chǎn)化的呼聲日益高漲，中國(guó)先后引進(jìn)了一批現(xiàn)代化的模具加工機(jī)床。在此基礎(chǔ)上，參照已有的進(jìn)口模具，中國(guó)成功地復(fù)制了一批替代品，如汽車覆蓋件模具等。模具的國(guó)產(chǎn)化雖然使中國(guó)模具制造 水平逐漸趕上了國(guó)際先進(jìn)水平，但計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面仍然存在很大差距。 中國(guó)模具 CAD/CAM 技術(shù)從 20 世紀(jì) 80 年代起步，長(zhǎng)期處于低水平重復(fù)開發(fā)階段，所用軟件多為進(jìn)口的圖形軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、 NC 軟件等，自主開發(fā)的軟件缺乏通用性，商品化價(jià)值不高，對(duì)許多引進(jìn)的 CAD/CAM 系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)，經(jīng)濟(jì)效益不顯著。針對(duì)上述情況，國(guó)家有關(guān)部門在“九五”期間制定了相關(guān)政策和措施。到 90 年代后期，中國(guó) CAD 軟件產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有，發(fā)展出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維 CAD 軟件，如清華英泰、北航 CAXA、武漢 4 開目等打破了國(guó)外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面。 目前，中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(jìn)出口比例逐步趨向合理。 三維 CAD 技術(shù)的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了模具工業(yè)的發(fā)展，使零件設(shè)計(jì)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在非常直觀的三維環(huán)境下進(jìn)行，模具設(shè)計(jì)完成后，可根據(jù)投影關(guān)系自動(dòng)生成工程圖。模具屬于標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的工藝裝備，模具設(shè)計(jì)中使用的模架及各種標(biāo)準(zhǔn)件可以直接從 CAD 系統(tǒng)中建立的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中直接調(diào)用，大大提高了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。同時(shí)，三維 CAD 系統(tǒng)中設(shè)計(jì)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(yīng)用，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)，滿足了 CAD/CAM 集成技術(shù)的要求。目前，三維 CAD 技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期和產(chǎn)品的更新期，使得開發(fā)的新產(chǎn)品達(dá)到“高質(zhì)量、低成本、上市快”的目標(biāo)成為可能 [5]。 此次選題的目的和意義 沖壓模具設(shè)計(jì)是否正確合理、先進(jìn)和適用 , 對(duì)于沖壓生產(chǎn)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(shè)計(jì)。這也正是符合當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和市場(chǎng)的需求。不 論在科研還是實(shí)際生產(chǎn)中都有著深刻的現(xiàn)實(shí)意義。 5 第 2 章 工藝分析與方案確定 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目：罩殼復(fù)合模設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 生產(chǎn)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)剛，易于拉伸成形，具有良好的沖壓性能。 沖壓件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度分析 由工件簡(jiǎn)圖可見，該工件的加 工涉及到落料、拉深、沖孔三種工序內(nèi)容。根據(jù)變形特點(diǎn)，對(duì)于帶孔的拉深件，尤其是 248。5mm 孔到直壁的距離較近，一般應(yīng)先拉深后沖孔。 對(duì)于所沖小孔 248。5mm，按文獻(xiàn) [5]表 查得，一般沖孔模對(duì)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(duì)于孔心距 (35177。)mm，按文獻(xiàn) [5]表 查得，一般精度模具可達(dá)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(xiàn) [5]圖 可知，最小孔邊距為 ： C≥=3mm,C180?！輙=2mm。而零件上各孔的孔邊 距均大于最小孔邊距。以上各項(xiàng)分析，均符合沖裁工藝要求，故可采用多孔沖裁模進(jìn)行加工。 毛坯尺寸計(jì)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(duì)厚度： t/D100=2/100= 式中 t—— 坯料厚度， mm； D—— 毛坯直徑 ， mm； ： Ddm? = = 根據(jù)文獻(xiàn) [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(jù)工件的相對(duì)高度 (H/D)和坯料的相對(duì)厚度 (t/D100)的大小確定拉深次數(shù) 。 由文獻(xiàn) [5]查表 可知，由于工件相對(duì)高度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 一次拉深時(shí)的相對(duì)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(dāng)?shù)拇钸呏担墙档统杀?、保證工件質(zhì)量及延長(zhǎng)模具壽命的有效措施。應(yīng)考慮以下原則： ； ，勞動(dòng)強(qiáng)度低； ，使用壽命長(zhǎng)； 。 8 排樣的方式有多種多樣，其中有： (1) 有廢料排樣 (2) 少?gòu)U料排樣 (3) 無(wú)廢料排樣 根據(jù)零件 圖可選用有廢料排樣，模具沿工件全部外形進(jìn)行沖裁，工件周邊都留有搭邊。這種排樣能保證沖裁件的質(zhì)量，沖模壽命較長(zhǎng)。 排樣的形式 分為直排式、斜排式、直對(duì)排、斜對(duì)排、 混合排等。 根據(jù)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(shí)工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫做搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)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(guān)。 (1)材料的力學(xué)性能； (2)工件的形狀與尺寸； (3)材料厚度； (4)手工送料、有側(cè)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(yīng)愈小愈好。但過小的搭邊容易擠 9 進(jìn)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(zhì)量。一般來說，搭邊值是有經(jīng)驗(yàn)確定的，文獻(xiàn) [5]表 列出了沖裁時(shí)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(jìn)的距離稱為送料步距（簡(jiǎn)稱步距或進(jìn)距）其大小應(yīng)為 條料上兩個(gè)對(duì)應(yīng)沖裁件的對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(shí)順利在導(dǎo)料板之間送行并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。 送料進(jìn)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(gè) 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(gè) 。 材料利用率 材料的利用率 是 衡量材料的經(jīng)濟(jì)利用率的指標(biāo) 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(zhì)和 數(shù)量 在沖壓加工中，工序性質(zhì)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(chǎn)生分離的工序。彎曲拉深局部成形等使材料產(chǎn)生變形的工序。 沖壓工序性質(zhì)的確定主要取決于沖壓件的形狀尺寸和精度要求。同時(shí)還應(yīng)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(zhì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下幾方面： (1)從零件圖上直觀的確定工序性質(zhì)，平板件沖壓加工時(shí)常采用剪裁，落料，沖孔等沖裁工序。當(dāng)平面度要求較高時(shí)采用較平的工序進(jìn)行精壓，當(dāng)零件的斷面質(zhì)量尺寸精度要求較高時(shí)，需增加修整工序或 采用精密沖裁工藝進(jìn)行加工。 (2)對(duì)零件圖進(jìn)行計(jì)算分析，比較后確定工序性質(zhì)。 (3)為改善沖壓變形條件，方便工序定位，增加附加工序。預(yù)沖工序工藝切口達(dá)到改善沖壓變形條件，提高成型質(zhì)量母的。 根據(jù)零件圖分析沖壓加工時(shí)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(zhì)量，生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性要求的前提下，工序數(shù)量應(yīng)盡可能地減少。 該零件精度要求較高，故采用復(fù)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(zhì)量要求。工序順序的安排一般應(yīng)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(yīng)在平板坯料上沖出。 (2)所在位置會(huì)受到以后某工序變形的影響的孔，一般都應(yīng)在有關(guān)的成型工序完成后再?zèng)_孔。 (3)孔靠近或孔邊緣較小時(shí)，如果模具強(qiáng)度夠高，最好同時(shí)沖出。否則應(yīng)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?zèng)_孔，力求把可能產(chǎn)生的畸變限制在最小范圍內(nèi)。 (4)如果在同一個(gè)零件的不同位置沖壓時(shí)，變形區(qū)域互相不發(fā)生作用，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)兩方面安排彎曲的 順序。一般是先彎外部角后彎內(nèi)部角，彎角根據(jù)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(gè)或兩個(gè)以上的工序分析合并在一道工序內(nèi)完成。減少工序及占用的模具設(shè)備和數(shù)量，提高效率和沖壓件的精度，在確定工序組合時(shí)，首先應(yīng)考慮組合的必要性和可行性，然后再?zèng)Q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(chǎn)批量。 (2)工序的組合的可行性受到多種因素的限制，應(yīng)保證能沖壓出形狀、尺寸和精度均符合要求的圖樣，實(shí)現(xiàn)其所需動(dòng)作保證有足夠的強(qiáng)度與現(xiàn)有的沖壓設(shè)備條件相適應(yīng)。 根據(jù)零件 圖的要求及批量采用落料、拉深、 沖孔復(fù)合模。 沖壓工藝方案 該工件包括落料，拉深，沖孔三 個(gè)基本工序，可以有以下三種工