【文章內(nèi)容簡介】 ，我國模具工業(yè)已經(jīng)走過了半個多世紀。改革開放后，我國模具工業(yè)發(fā)展迅猛，截至 2020 年底已擁有 3 萬家 模具生產(chǎn)企業(yè)。近年來，我國模具工業(yè)以年均 200k 的速度持續(xù)快速增長。 2020 年全國模具工業(yè)總產(chǎn)值達 300 億元人民幣，我國模具年產(chǎn)值位居世界第四。至 2020 年，我國模具銷售額達 610 億元，同比增長 25%，已桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 2 頁 共 47 頁 2 躍居世界第三，僅次于日本和美國。 2020 年，我國模具銷售額 720 億元，直接帶動實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)值 萬億元。當前，中國模具市場容量已達 800 億元人民幣左右，下一個五年計劃，中國模具業(yè)市場份額將達 1200 億元。 （ 1）行業(yè)創(chuàng)新能力薄弱整體效率低 我國模具行業(yè)產(chǎn)需矛盾突出，無論是數(shù)量還是質(zhì)量都無法滿足國內(nèi)市場的需要 ，只達到 70%左右。模具行業(yè)是技術密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進步和技術的發(fā)展，能掌握和運用新技術的人異常短缺。我國模具企業(yè)技術人員比例較低，水平也較低。由于不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左右，而模具工業(yè)發(fā)達國家大多是 15 一 20 萬美元，有的甚至達到 25 一 30萬美元。 （ 2）企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構不合理 我國模具生產(chǎn)許多是在各主機廠的模具分廠或車間內(nèi)，其中一半以上是自產(chǎn)自用，模具的商品化程度低，而國外 70%以上都是專業(yè)模具廠，且走的是“小而精 ”的道路。國內(nèi)模具總量中，屬大型、精密、復雜、長壽命模具的比例只有 30%左右。歐、美等國家的模具企業(yè)，大部分也是 30 一 50 人的小企業(yè)，但 CAD/CAE/CAM 的應用水平高，數(shù)控加工設備多，模具零部件的精度靠先進的加工設備保證，工人嚴格按工藝操作，每個模具零件的加工都很到位，最后鉗工的裝修工作量很小，一個 50 人左右的模具廠，裝配鉗工一般只有 2～ 3 人。 （ 3）產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平低 產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在尺寸精度、型腔表面粗糙度、 壽命及模具的復雜程度上，這幾項指標與國外先進水平相比差距十分明顯。工藝水平低主要表現(xiàn)在設計、加工、工藝裝備等方面，模具工業(yè)的整體裝備水平相對落后、利用率低。 （ 4）模具材料技術落后 模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼相比還有較大差距。塑料、板材、設備等性能差，也直接影響模具水平的提高。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 47 頁 3 1 課題資料收集 論文的選題背景和意義 隨著我國汽車集團的快速發(fā)展，圍繞主機廠的汽車零部件產(chǎn)業(yè)集群也得以快速發(fā)展。按地區(qū)劃分，現(xiàn)已基本形成東北、京津、華中、西南 、長三角、珠三角六大零部件產(chǎn)業(yè)集群。 汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)脫離整車企業(yè)并形成專業(yè)化零部件集團，正成為一種全球化趨勢。國際著名的汽車及零部件企業(yè)，幾乎都在中國建立了合資或獨資企業(yè)，引進技術合資企業(yè)已超過 1000 家。國內(nèi)一批科技含量高、效益好、規(guī)模大的汽車及零部件企業(yè)逐步成長起來。隨著國際上汽車行業(yè)開始實行零部件 “ 全球化采購 ” 策略及國際跨國汽車企業(yè)推行本土化策略，國內(nèi)市場將出現(xiàn)巨大的零部件配件缺口。到 2020 年，中國汽車零部件國內(nèi)產(chǎn)值將達到 7000 億元左右。 從 2020 年 1— 10 月份的行業(yè)運行情況看，汽車零部件行業(yè) 利潤總額仍在增長，但增速放緩；進出口額也雙雙增長，但進口產(chǎn)品以變速箱及發(fā)動機零件等高利潤、高附加值、高科技的產(chǎn)品為主，出口產(chǎn)品以輪胎、電子儀器儀表等進入壁壘低、利潤薄的勞動密集型和資源消耗型為主。下游整車行業(yè)目前產(chǎn)能過剩，雖然 2020 年在國家的各項刺激政策下出現(xiàn)了非常規(guī)的高速增長，但 2020 年產(chǎn)銷增速放緩、產(chǎn)能過剩壓力加大，受其影響，零部件行業(yè)下半年可能會承受較大利潤的壓力。行業(yè)面臨的主要問題上下游兩頭受擠，行業(yè)面臨雙重壓力零部件行業(yè)是兩頭受擠的行業(yè)，對上下游缺乏議價能力。上游原材料主要是鋼材、橡膠、塑料、 織物等，其價格最終由鋼鐵、石油、天然橡膠等大宗商品價格決定，汽車零部件企業(yè)只能通過對上游商品價格走勢的判斷規(guī)避風險。同時，下游整車制造商多為大企業(yè)大集團，在與零部件廠商的利益博弈中處于強勢地位，談判能力強，能將成本壓力轉(zhuǎn)嫁給汽車零部件行業(yè)，因此，零部件實際上處于兩頭受擠的 “ 三明治 ” 夾心地位。 汽車零部件產(chǎn)業(yè)集群化，使信息更精細、更專業(yè)化、更容易實現(xiàn)規(guī)?；?jīng)濟效益明顯提高。零部件產(chǎn)業(yè)是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，是汽車行業(yè)中的重要組成部分，無論從應對全球采購挑戰(zhàn)還是從壯大汽車工業(yè)本身來看，汽車零部件都應該得到更快的發(fā) 展。 論文的主要研究內(nèi)容 冷沖壓模具設計制造難度較大，雖然有許多三維軟件、 CAD/CAM 軟件可以利用，但傳統(tǒng)的沖壓模設計方法和經(jīng)驗，仍然具有決定性的作用。本課題來源企業(yè)實際生產(chǎn)，內(nèi)容基于工廠的生產(chǎn)工程實踐，以大量的沖壓模設計制造為基礎，研究汽車配件沖壓模具的設計制造。文章從模具的整體結構設計，到排樣設計、卸料機構設計，詳細探討了實際設計制造的方法和關鍵點，以及實際生產(chǎn)中制件可能出現(xiàn)缺陷的原因和解決方案。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 47 頁 4 2 產(chǎn)品分析 沖壓成形 沖壓成形工藝特點 沖壓是利用沖模在沖壓設備上對 板料施加壓力或拉力，使其產(chǎn)生分離或變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的制件的加工方法。沖壓加工的對象一般為金屬板料、薄壁管、薄型材等，板厚方向的變形一般不側(cè)重考慮，因此也稱為板料沖壓，且通常是在溫室下進行，故也稱為冷沖壓。 沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。在實際生產(chǎn)中 ,常常是多種工序綜合應用于一個工件。 沖裁 、 彎曲 、剪切、 拉深 、脹形 、 旋壓 、矯正是幾種主要的沖壓工藝 。沖壓成形的特點有： （ 1）能沖出其它加工方法難以加工或無法加工的形狀復雜的零件。例如，從儀器儀表小型零件到汽車覆蓋件，縱梁等大型零件，均由沖壓加工完成。 （ 2）沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高。由于沖壓加工是靠模具完成，模具制造精度高、使用壽命長，故沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，制件互換性好。尺寸精度一般可達 IT10～ IT14級，最高可達 IT6 級，有的制件不需再機械加工，就可以滿足裝配和使用要求。 （ 3）沖壓件具有重量輕、強度高、剛性好和表面粗造度小等特點。 （ 4）生產(chǎn)率高。例如，汽車覆蓋件這 樣的大型沖壓件的生產(chǎn)效率，可達每分鐘數(shù)件；高速沖壓小型制件，每分鐘可達上千件。 （ 5）材料利用率高。一般為 70%～ 85%，因此沖壓加工能實現(xiàn)少廢料，甚至無廢料生產(chǎn)。在某些情況下，邊角余料也可以充分利用。 （ 6）操作簡單，便于組織管理。 （ 7）易于實現(xiàn)機械化與自動化生產(chǎn)。由于沖壓加工所用毛坯多為條料或帶料，又是冷態(tài)加工，大批量生產(chǎn)時易于實現(xiàn)機械化和自動化。 彎曲變形工藝特點 用網(wǎng)格法分析彎曲變形的特點，彎曲變形前后： （ 1）圓角部分的正方形網(wǎng)格變成扇形，而遠離圓角的兩直邊處的網(wǎng)格沒有變化，緊鄰區(qū)域略 受影響，彎曲變形主要發(fā)生在彎曲角中心 ψ 范圍內(nèi)。 （ 2）變形區(qū)內(nèi)，外側(cè)縱向金屬纖維層受拉而伸長，內(nèi)側(cè)縱向金屬纖維層受壓而縮短，其間必有一金屬纖維層變形前后長度不變，這一金屬纖維層稱為應變中性層。 （ 3）坯料內(nèi)區(qū)材料受壓縮，因此厚度應增加，但由于凸模緊壓坯料，抑制了厚度方向的增加；而外區(qū)材料受拉，厚度要變薄。因此整個坯料厚度方向，增加量少于變薄量，厚度在變形區(qū)內(nèi)有變薄現(xiàn)象，使在彈性變形時位于坯料厚度中間的中性層發(fā)生內(nèi)移。 （ 4）板料彎曲時，分寬板和窄板兩種情況，寬板的橫截面幾乎保持不變，而窄板的橫截面則變成扇形 。 （ 5）坯料的彎曲變形程度可以用相對彎曲半徑 r/t 來表示，相對彎曲半徑越小，表桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 47 頁 5 明彎曲變形程度越大。 彎曲件工藝分析 彎曲件材料 彎曲件材料要求具有足夠的塑性和較小的屈彈比，以保證彎曲時不開裂，還要具有較小的屈強比，能使彎曲件的形狀和尺寸準確。 該 沖壓制件為一汽配 Z 形彎曲件，其工作條件要求具有良好的機械性能和耐腐蝕性能，由于該制件作為其它零部件的連接件，要求制件具有一定的強度、韌性。該制件的材料選用 Q235， 是一種 鋼材 的材質(zhì)。 Q 代表的是這種材質(zhì)的屈服度，后面的 235，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在 235MPa 左右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好， 強度 、塑性和 焊接 等性能 得到較好配合， 有較好的可沖壓性能， 用途最廣泛 ， 大量用作對性能要求不太高的機械零件。 工件生產(chǎn)批量 零件的生產(chǎn)對沖壓加工的經(jīng)濟性起著決定性的作用，該 Z 形彎曲件采用模具沖壓成形加工，其生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)。 沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技術要求高，是技術密集形產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。 彎曲件結構形狀 零件材料主要參數(shù)查表（參考文獻 [11] 548 頁）可 得：經(jīng)退火后，抗剪強度 τ=280～400 MPa，抗拉強度 σb＝ 360～ 510MPa，屈服強度 σs=250MPa，拉伸率 δs=25%，因此，取 τ=330 MPa， σb＝ 390 MPa。該材料具有較高的彈性和良好的塑性，其可成形性性能較好。沖裁加工性能好，易于裁切和拉伸成形。 該制件形狀比較簡單，且結構均為對稱分布，沖壓成形工藝性好，比較適合彎曲。制件圖如下圖 所示： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 47 頁 6 圖 a 實體零件 圖 b 零件圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 47 頁 7 彎曲件尺寸精度 彎曲件的精度受坯料的定位、偏移、回彈和翹曲等 因素的影響，彎曲的工序數(shù)目越多精度越低。一般彎曲件的長度精度尺寸公差等級在 IT13 級以下，角度公差大于 15180。 查文獻【 2】彎曲件長度尺寸公差如下表 1 所示： 表 1 彎曲件尺寸公差表 板料厚度 t(mm) 制件尺寸 (mm) ≤3 3～ 10 10～ 25 25～ 63 63～ 160 160～ 400 ≤ ～ 1 1～ 3 3～ 6 — ﹥ 6 — — 由分析 Z 形彎曲件的厚度為 2mm，總體尺寸長度為 105mm，孔中心距為 70mm，孔徑 ψ8mm。根據(jù)表 1 可以確定各尺寸的公差： 105177。,70177。， ψ 8177。零件圖上所有未注公差的尺寸，為自由公差，可按 IT14 級確定工件尺寸的公差。 彎曲件工藝性分析 彎曲件結構形狀、尺寸、材料性能對彎曲工藝的適應性稱為彎曲件的工藝性。對彎曲件的工藝性分析應遵循彎曲過程變形規(guī)律，通常 從以下幾個方面進行分析： （ 1）彎曲半徑 彎曲件的彎曲半徑不宜過大或者過小，過大因受回彈影響，彎曲件的精度不易保證；過小則會產(chǎn)生彎裂。一般要求 r/t＞ rmin/t。經(jīng)查表，材料 Q235 最小相對彎曲半徑 rmin/t=，Z 形彎曲件 r/t=，所以，彎曲件滿足 r/t＞ rmin/t 的工藝要求。 （ 2）直邊高度 彎曲件的直邊高度不宜過小，一般 h＞ r+2t,直邊高度過小時，彎曲成形時在模具上的支持長度過小，不易形成足夠的彎矩，很難得到精確形狀的制件。 Z形彎曲件 h為 6mm，r 為 ， t 為 2mm。滿足 h＞ r+2t 的工藝要求。 （ 3）孔邊距離 孔邊到彎曲中心的距離 L 要保證當 t＜ 2mm時， L≥ t；當 t≥ 2mm 時， L≥ 2t。分析Z 形件，厚度為 t=2mm， L=， L≥ 2t，彎曲件符合工藝要求。 （ 4）彎曲線與板材扎制方向 工件彎曲線與板材扎制方向垂直?？梢灶A防彎裂、減少彎曲件的回彈，彎曲件的工藝達到最佳。 （ 5）工藝分析 分析工件的結構形狀，該 Z 形件結構形狀簡單，且屬于對稱形狀，豎直邊高度 h≤3t，桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 47 頁 8 可以一次彎曲成形。對零件圖進行分析，可以確定 Z 形彎曲件的工序數(shù)目和工序順序為沖孔、去除廢料、 切斷前邊、彎曲、切斷落料五個工序。 3 確定工藝方案 擬定工藝方案 確定彎曲件的工藝方案就是確定多工序的彎曲工序安排及各工序的模具結構，要合理確定彎曲工藝方案，必須先掌握常用彎曲模結構及工作原理，再根據(jù)模具結構、工作原理及特點確定工序安排及工藝方案。 通過對沖壓件的工藝分析，確定了工件的沖壓加工的工序種類和工序數(shù)目。該 Z 形彎曲件由沖孔、去廢料、切斷前邊、彎曲、切斷落料五個基本沖壓工序完成，可以擬定以下三種工藝方案： 方案一：先沖孔，再去廢料，最后彎曲切