【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 。有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫 。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，稱為冷沖壓模具（俗稱冷沖模）。 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。前兩類需較多人力不符經(jīng)濟(jì)效益，連續(xù)模可大量生產(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；常見沖壓設(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沖壓材料；模具材料種類、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)鍵問題 本課題是轎車后保險(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 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 衡問題 。工序、排樣的解李蕊 ：轎車 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、畫出沖壓工序圖、畫出待設(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，選擇模架類型，繪制沖模裝配圖，繪制沖模零件圖，編寫技術(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)算說明書不少于一萬伍仟（ 15000）字。 產(chǎn)品（零件）圖： 零件名稱： 轎車后保險(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 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，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，通常稱為成形工藝。成形工藝是指用各種局部變形的方法來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： 先通過落料得到所需的板材毛坯，早通過成形的到所需的零件基本結(jié)構(gòu)，李蕊 ：轎車 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。 通過三個(gè)方案的比較，方案一通過合適的排版，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) 通過采用 UG 軟件對(duì)零件進(jìn)行分析計(jì)算，零件展開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 按照材料的利用率，排料可分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種，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 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 12 （ 2）少廢料排樣。少廢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）無廢料 排樣。無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 排樣類別 （ a） 有廢料排樣；（ b）少廢料排樣；（ c）無廢料排樣 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。一般說來，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。 采用少廢料、無廢料排樣時(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)了少廢料排樣，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)與制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 顯的經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)過分析，采用少廢料排樣，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 后 保險(xiǎn)杠 內(nèi)支撐架 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì) 14 用少廢料排樣，排樣圖如圖 4－ 3 所示。采用導(dǎo)料板導(dǎo)向且無測(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：因零件展開圖為對(duì)稱圖形，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 ?