【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (Thin、 Tick 等 )、等離子噴涂等技術(shù)。 (7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化 模 具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。 (8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合 。配有隨行定位夾具或定位盤(pán) 。有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù) 。有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng) 。有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)相關(guān)的背景知識(shí) 模具是 工業(yè)生產(chǎn)上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成型、冶煉、沖壓、拉伸等方法得到所需產(chǎn)品的各種模子和工具。 沖壓模具 在 沖壓加工 中，將材料（金屬或非金屬）加工成零件（或半成品）的一種特殊工藝裝備，稱(chēng)為冷沖壓模具（俗稱(chēng)冷沖模）。 沖壓 是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。 沖壓模具依構(gòu)造可分為單工程模、復(fù)合模、連續(xù)模三大類(lèi)。前兩類(lèi)需較多人力不符經(jīng)濟(jì)效益，連續(xù)?？纱罅可a(chǎn)效率高。同樣，設(shè)計(jì)一套高速精密連續(xù)沖模，也要對(duì)你所生產(chǎn)的產(chǎn)品 (包含所有用沖壓加工出來(lái)的產(chǎn)品，富士康集團(tuán)主要有端子、電腦機(jī)殼以及連接器上用的小五金及目前的手機(jī)零件等等 )。設(shè)計(jì)連續(xù)沖模需注 意各模組之間的間距、零件加工精度、組立精度、配合精度與干涉問(wèn)題，以達(dá)到連續(xù)模自動(dòng)化大量生產(chǎn)的目的。 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 研究的重點(diǎn) 設(shè)計(jì)重點(diǎn)涉及的方面 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)涉及沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類(lèi)；常見(jiàn)沖壓設(shè)備及工作原理、選用原則；沖壓成形基本原理和規(guī)律；沖壓成形性能及常見(jiàn)沖壓材料；模具材料種類(lèi)、性能、選用原則及熱處理方法；模具制造特點(diǎn)、模具零件加工方法及應(yīng)用等 。在分析沖裁變形過(guò)程及沖裁件質(zhì)量影響因素的基礎(chǔ)上，了解沖裁工藝計(jì)算、工藝方案制定和沖裁模設(shè)計(jì)。涉及沖裁變形過(guò)程分析、沖裁件質(zhì)量及影響因素、 間隙確定、刃口尺寸計(jì)算原則和方法、排樣設(shè)計(jì)、沖裁力與壓力中心計(jì)算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)及模具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、沖裁模設(shè)計(jì)方法與步驟等。沖裁模凸、凹模技術(shù)要求及加工特點(diǎn)，模具裝配特點(diǎn)。 本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 本課題是轎車(chē)后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架的設(shè)計(jì)，在明確設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求的前提下，仔細(xì)研究設(shè)計(jì)方案，理清設(shè)計(jì)思路，使設(shè)計(jì)過(guò)程清晰化、簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確。該課題研究主要包括后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架 的成形工藝分析，工藝計(jì)算及設(shè)備的選用，成形工藝力計(jì)算，沖孔落料 模完成沖孔工序和落料工序，該課題設(shè)計(jì)最 主要的難點(diǎn)在于定位問(wèn)題的解決和工序、排樣，使用的模具各部分材料降低成本而又能保證模具的使用壽命。 針對(duì)這種情況本論文分析了轎車(chē) 后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架 的成形工藝根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一套成形模。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容與思路 針對(duì)如何改進(jìn)生產(chǎn)方案，提高生產(chǎn)效率，要分析后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求。為了完成課題的任務(wù)， 對(duì)此本論文要研究的主要問(wèn)題包括在下述幾個(gè)方面： （ 1）分析后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架的成形工藝，以解決制件定位問(wèn)題和生產(chǎn)效率； （ 2）研究工藝計(jì)算及設(shè)備的選用；主要集中在力的平 衡問(wèn)題 。工序、排樣的解李蕊 ：轎車(chē) 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 6 方案、模具制造材料成本問(wèn)題等幾個(gè)方面； （ 3）建立后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架模具的設(shè)計(jì)模型； （ 4）后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架的模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程； （ 5）后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架的模具主要部件凸、凹模等重要零部件及機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)及產(chǎn)品圖 課題內(nèi)容： 針對(duì) 轎車(chē)后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架 零件，進(jìn)行沖壓工藝的制定及其模具設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下： 對(duì)零件進(jìn)行三維建模（ Solidwork、 CATIA、 UG 等軟件不限） 分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，擬定工藝方案 擬定沖壓 工序安排方案、畫(huà)出沖壓工序圖、畫(huà)出待設(shè)計(jì)模具的排樣圖 ； 沖壓工藝計(jì)算及設(shè)計(jì) 排樣、材料利用率計(jì)算，刃口尺寸計(jì)算，沖壓力、壓力中心的計(jì)算； 沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定凸凹模尺寸，選擇模架類(lèi)型，繪制沖模裝配圖，繪制沖模零件圖，編寫(xiě)技術(shù)文件 。 課題任務(wù)要求： 工序圖、模具裝配圖、非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖等繪圖工作量不少于 張 0 號(hào)圖紙； 機(jī)械類(lèi)英文資料翻譯，工作量不少于三仟（ 3000）字； 文獻(xiàn)綜述不少于一仟伍佰（ 1500）字； 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)不少于一萬(wàn)伍仟（ 15000）字。 產(chǎn)品（零件）圖： 零件名稱(chēng)： 轎車(chē)后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架； 零件材料： HSLA350； 零件厚度： ； 該零件是轎車(chē)后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架，異形件。其主要尺寸如圖 21 所示： 李蕊 ：轎車(chē) 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 8 圖 21 零件二維圖 圖 22（ a） 零件三維圖 圖 22（ b） 零件三維圖 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第三章 零件的工藝性分析和方案的擬定 零件的工藝分析 該零件是轎車(chē)后保險(xiǎn)杠內(nèi)支撐架，為了固定其他零件的 零件 ，其精度不高，屬于小型沖壓件，其工藝較為復(fù)雜，工步較多，其主要的工步為：落料、成形、切邊、沖孔， 該零件 雖然比較復(fù)雜，但是成對(duì)稱(chēng)，易于排樣。 沖裁工藝性：沖裁件的工 藝性是指沖裁件對(duì)沖裁工藝的適應(yīng)性。所謂沖裁工藝性好，是指能用普通沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大影響。 成形工藝性：沖壓生產(chǎn)中，除沖裁、彎曲、拉深等工序外，還有其他一些工序，包括校形、翻遍、縮口、脹形和起伏成形等，通常稱(chēng)為成形工藝。成形工藝是指用各種局部變形的方法來(lái)改變坯料或工序件形狀的加工方法。它們常和其他沖壓工序組合在一起，加工某些復(fù)雜形狀的零件。例如校平和整形，是消除穹彎、回彈及所有不符合之間需要的多余變形， ，提高之間的形狀與尺寸精度；而翻遍、縮口等是對(duì)某些部位按某種特定方式進(jìn)行局部成形。 由以上分析可知，該沖件主要沖壓工序的工藝性良 好。 工藝方案的擬訂 該零件所需的基本沖壓工序?yàn)槁淞希尚?，切邊，沖孔，其工藝步驟如下： 落料得到所需的板料外形； 拉伸成形得到該零件的基本結(jié)構(gòu) 切邊切除多余的廢料； 沖孔沖出四個(gè)孔。 依據(jù)以上工序，可以做出以下工藝方案。 方案一： 先通過(guò)落料得到所需的板材毛坯，早通過(guò)成形的到所需的零件基本結(jié)構(gòu)，李蕊 ：轎車(chē) 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 10 然后切邊切除多余的廢料，最后通過(guò)沖孔沖出四個(gè)孔，從而得到完整的零件。 方案二： 選擇方形板料，進(jìn)行成形加工，得到零件的基本結(jié)構(gòu)； 沖孔得到四個(gè)孔； 切邊得到完整零件。 方案三： 選擇合適板料，根據(jù)在同一個(gè)平面上的三個(gè)孔的位置關(guān)系，先進(jìn)行沖孔得到三個(gè)孔； 通過(guò)上步所得的三個(gè)孔進(jìn)行定位，進(jìn)行成形加工，得到零件基本外形； 切邊切除多余廢料，得到完整零件。 通過(guò)三個(gè)方案的比較，方案一通過(guò)合適的排版，運(yùn)用較少的沖壓步驟得到完整的材料，精確度較高，設(shè)計(jì)出的模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便并且能夠有效的節(jié)省材料；方案二雖然前兩步較為簡(jiǎn)便，但是第三步進(jìn)行切邊較為復(fù)雜 ，所需的模具數(shù)量較多，且不容易定位；方案三存在方案二同樣的問(wèn)題，并且在第二部進(jìn)行拉伸成形時(shí)，容易產(chǎn)生較大變形或是材料不均勻的問(wèn)題。 根據(jù)以上分析，所以較為合理的工藝方案為方案一， 方案一較好的完成沖壓件，并具有較好的經(jīng)濟(jì)性。其工序如下： 落料 — 成形 — 切邊 — 沖孔 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第四章 主要工藝參數(shù)的確定 工件外形毛坯的設(shè)計(jì) 通過(guò)采用 UG 軟件對(duì)零件進(jìn)行分析計(jì)算，零件展開(kāi)圖形狀基本有曲線構(gòu)成，其近似圖形如圖 41 所示 圖 41 零件展開(kāi)近似圖形 排樣和材料利用率的計(jì)算 排樣方法的確定 一、排樣的分類(lèi) 按照材料的利用率，排料可分為有廢料排樣、少?gòu)U料排樣和無(wú)廢料排樣三種，如圖 42 所示。廢料是指沖裁中除零件以外的其他板料，包括工藝廢料和結(jié)構(gòu)廢料。 （ 1）有廢料 排樣。有廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件的封閉輪廓進(jìn)行的，如圖 42（ a）所示。 李蕊 ：轎車(chē) 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 12 （ 2）少?gòu)U料排樣。少?gòu)U料排樣是指只在沖裁件之間或只在沖裁件與條料側(cè)邊之間留有搭邊，如圖 42（ b）所示。沖裁只沿沖裁件的部分輪廓進(jìn)行，材料利用率可以達(dá)到 70%90%。 （ 3）無(wú)廢料 排樣。無(wú)廢料排樣使之在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間均無(wú)搭邊存在，沖裁件實(shí)際上是直接由切斷條料獲得的，如圖 42（ c）所示。材料利用率可高達(dá) 85%90%。 圖 42 排樣類(lèi)別 （ a） 有廢料排樣；（ b）少?gòu)U料排樣；（ c）無(wú)廢料排樣 二、排樣設(shè)計(jì)原則 （ 1）提高材料利用率。沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費(fèi)用一般會(huì)占總成本的 60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在不影響零件性能的前提下，應(yīng)合理設(shè)計(jì)零件外形及排樣，提高材料利用率。 （ 2）改善操作性。沖裁件排樣應(yīng)使工人操作方便、 安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低。一般說(shuō)來(lái)，在沖裁生產(chǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少條料的翻動(dòng)次數(shù)，在材料利用率相同或相近時(shí)，應(yīng)選用條料寬度及近距小的排樣方式。 （ 3）使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，使用壽命高。 （ 4）保證沖裁件質(zhì)量。 采用少?gòu)U料、無(wú)廢料排樣時(shí)，材料利用率高，不但有利于一次行程獲得多個(gè)沖裁件，還可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導(dǎo)向誤差的影響，沖裁件尺寸及精度不易保證，另外，在有些無(wú)廢料排樣中，沖裁時(shí)模具會(huì)單面受力，影響模具使用壽命。有廢料排樣時(shí)沖裁件質(zhì)量和模具壽命較高，但材料利用率較低。所以，在排樣設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面權(quán) 衡利弊。 綜合零件形狀和使用要求：大批量生產(chǎn)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，以及工藝方案的確定， 該零件的排樣實(shí)現(xiàn)了少?gòu)U料排樣，生產(chǎn)批量大，采用模具加工可以有明 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 顯的經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)過(guò)分析，采用少?gòu)U料排樣，如圖 43 所示。 圖 43 落料排樣圖 確定搭邊值 表 41 搭邊 a 和 a1 的數(shù)值 材料厚度 t（ mm） 搭邊值 a 邊距 a1 以下 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 李蕊 ：轎車(chē) 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 14 用少?gòu)U料排樣，排樣圖如圖 4－ 3 所示。采用導(dǎo)料板導(dǎo)向且無(wú)測(cè)壓裝置，其中搭邊值取 a 為 , 邊距 a1 為 ， 平行于送料方向的沖裁件寬度 D 為，導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙 mmZ 1? ，條料寬度偏差 ?? 。 進(jìn)距： mmaDL 6 6 3 ????? 條料寬度： mmZaDB 0 a x0 1 3) 0 8()2( ???? ???????? 板料規(guī)格擬選用： ?? 板料采用縱排：如圖 33 所示 板料條數(shù)： ???n 條 余 每條個(gè)數(shù)： 6 52 0 0 02 ???n 條 余 0mm 板料每塊可沖總個(gè)數(shù)： 1212121 ????? nnn 個(gè) 材料的利用率： 沖裁件的實(shí)際： mmA ? 一個(gè)進(jìn)距內(nèi)材料的利用率： %% %100 ?????? BLA? 一張板料上總的材料利用率： %%%1000 ???????總BLnA? 壓力中心計(jì)算與確定 模具的壓力中心 是為了保證壓力機(jī)和模具的正常 工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相 重合 。 壓力中心：因零件展開(kāi)圖為對(duì)稱(chēng)圖形，故其壓力中心為幾何中心，即為（ 0,0）點(diǎn)，如圖 44 所示。 圖 44 壓力中心 2021屆機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 沖壓力的計(jì)算 落料力的計(jì)算 沖裁力 計(jì)算 本次沖裁屬于平刃口沖裁，落料力由下式計(jì)算： ?LtP? （ ） 式中 P—— 沖裁力（ N）； ? —— 材料的抗剪強(qiáng)度（ MP） ； t—— 材料厚度（ mm）； L —— 沖裁刃口周長(zhǎng)（ mm）。 在生產(chǎn)使用中，考慮到刃口變鈍、間隙不勻和材料性能波動(dòng)等因素，通常按下式計(jì)算沖裁力： ?LtP ?