【文章內容簡介】 8)模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合 。配有隨行定位夾具或定位盤 。有完整的機具、刀具數(shù)控庫 。有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng) 。有質量監(jiān)測控制系統(tǒng)。 設計相關的背景知識 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，利用安裝在壓力機上的模具對材料施加壓力，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。 沖壓模具依構造可分為單工程模、復合模、連續(xù)模三大類。前兩類需較多人力不符經(jīng)濟效益，連續(xù)?？纱罅可a(chǎn)效率高。同樣，設計一套高速精密連續(xù)沖模，也要對你所生產(chǎn)的產(chǎn)品 (包含所有用沖壓加工出來的產(chǎn)品，富士康集團主要有端子、電腦機殼以及連接器上用的小五金及目前的手機零件等等 )。設計連續(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，以達到連續(xù)模自動化大量生產(chǎn)的目的。 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 5 研究的重點 設計重點涉及的方面 本次設計的重點涉及沖壓和沖模概念、沖壓工序和沖模分類；常見沖壓設備及工作原理、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、模具零件加工方法及應用等 。在分析沖裁變形過程及沖裁件質量影響因素的基礎上，了解沖裁工藝計算、工藝方案制定和沖裁模設計。涉及沖裁變形過程分析、沖裁件質量及影響因素、 間隙確定、刃口尺寸計算原則和方法、排樣設計、沖裁力與壓力中心計算、沖裁工藝性分析與工藝方案制定、沖裁典型結構、零部件設計及模具標準應用、沖裁模設計方法與步驟等。沖裁模凸、凹模技術要求及加工特點，模具裝配特點。 本課題擬解決的關鍵問題 本課題是轎車后保險杠內支撐架的設計，在明確設計任務和設計要求的前提下，仔細研究設計方案，理清設計思路，使設計過程清晰化、簡潔、準確。該課題研究主要包括后保險杠內支撐架 的成形工藝分析，工藝計算及設備的選用，成形工藝力計算，沖孔落料 模完成沖孔工序和落料工序，該課題設計最 主要的難點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。 針對這種情況本論文分析了轎車 后保險杠內支撐架 的成形工藝根據(jù)零件的結構特點和技術要求，設計了一套成形模。 本論文的主要研究內容與思路 針對如何改進生產(chǎn)方案，提高生產(chǎn)效率，要分析后保險杠內支撐架的結構特點和技術要求。為了完成課題的任務， 對此本論文要研究的主要問題包括在下述幾個方面： （ 1）分析后保險杠內支撐架的成形工藝，以解決制件定位問題和生產(chǎn)效率； （ 2）研究工藝計算及設備的選用；主要集中在力的平 衡問題 。工序、排樣的解李蕊 ：轎車 后 保險杠 內支撐架 沖壓工藝及模具設計 6 方案、模具制造材料成本問題等幾個方面； （ 3）建立后保險杠內支撐架模具的設計模型； （ 4）后保險杠內支撐架的模具結構及工作過程； （ 5）后保險杠內支撐架的模具主要部件凸、凹模等重要零部件及機構的設計計算。 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 7 第二章 設計任務及產(chǎn)品圖 課題內容： 針對 轎車后保險杠內支撐架 零件，進行沖壓工藝的制定及其模具設計，主要內容如下： 對零件進行三維建模（ Solidwork、 CATIA、 UG 等軟件不限） 分析產(chǎn)品結構工藝性，擬定工藝方案 擬定沖壓 工序安排方案、畫出沖壓工序圖、畫出待設計模具的排樣圖 ； 沖壓工藝計算及設計 排樣、材料利用率計算，刃口尺寸計算，沖壓力、壓力中心的計算； 沖模結構設計 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，編寫技術文件 。 課題任務要求： 工序圖、模具裝配圖、非標準件零件圖等繪圖工作量不少于 張 0 號圖紙； 機械類英文資料翻譯，工作量不少于三仟（ 3000）字； 文獻綜述不少于一仟伍佰（ 1500）字； 設計計算說明書不少于一萬伍仟（ 15000）字。 產(chǎn)品（零件）圖： 零件名稱： 轎車后保險杠內支撐架； 零件材料： HSLA350； 零件厚度： ； 該零件是轎車后保險杠內支撐架，異形件。其主要尺寸如圖 21 所示： 李蕊 ：轎車 后 保險杠 內支撐架 沖壓工藝及模具設計 8 圖 21 零件二維圖 圖 22（ a） 零件三維圖 圖 22（ b） 零件三維圖 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 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杠內支撐架，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 雖然比較復雜，但是成對稱，易于排樣。 沖裁工藝性：沖裁件的工 藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。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量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結構對沖裁件質量、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、縮口等是對某些部位按某種特定方式進行局部成形。 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為落料，成形，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構 切邊切除多余的廢料； 沖孔沖出四個孔。 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構，李蕊 ：轎車 后 保險杠 內支撐架 沖壓工藝及模具設計 10 然后切邊切除多余的廢料，最后通過沖孔沖出四個孔，從而得到完整的零件。 方案二： 選擇方形板料，進行成形加工，得到零件的基本結構； 沖孔得到四個孔； 切邊得到完整零件。 方案三： 選擇合適板料，根據(jù)在同一個平面上的三個孔的位置關系，先進行沖孔得到三個孔； 通過上步所得的三個孔進行定位，進行成形加工，得到零件基本外形； 切邊切除多余廢料，得到完整零件。 通過三個方案的比較，方案一通過合適的排版，運用較少的沖壓步驟得到完整的材料，精確度較高，設計出的模具結構較為簡單，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便，但是第三步進行切邊較為復雜 ，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，并且在第二部進行拉伸成形時，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)濟性。其工序如下： 落料 — 成形 — 切邊 — 沖孔 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 11 第四章 主要工藝參數(shù)的確定 工件外形毛坯的設計 通過采用 UG 軟件對零件進行分析計算，零件展開圖形狀基本有曲線構成，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，包括工藝廢料和結構廢料。 （ 1）有廢料 排樣。有廢料排樣是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料側邊之間均有工藝廢料，沖裁是沿沖裁件的封閉輪廓進行的，如圖 42（ a）所示。 李蕊 ：轎車 后 保險杠 內支撐架 沖壓工藝及模具設計 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行，材料利用率可以達到 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、沖裁件與條料側邊之間均無搭邊存在，沖裁件實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 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、排樣設計原則 （ 1）提高材料利用率。沖裁件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)效率高，材料費用一般會占總成本的 60%以上，所以材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟性的一項重要指標。在不影響零件性能的前提下，應合理設計零件外形及排樣，提高材料利用率。 （ 2）改善操作性。沖裁件排樣應使工人操作方便、 安全、勞動強度低。一般說來，在沖裁生產(chǎn)時應盡量減少條料的翻動次數(shù)，在材料利用率相同或相近時，應選用條料寬度及近距小的排樣方式。 （ 3）使模具結構簡單合理，使用壽命高。 （ 4）保證沖裁件質量。 采用少廢料、無廢料排樣時，材料利用率高，不但有利于一次行程獲得多個沖裁件，還可以簡化模具結構、降低沖裁力，但受條料寬度誤差及條料導向誤差的影響，沖裁件尺寸及精度不易保證，另外，在有些無廢料排樣中，沖裁時模具會單面受力，影響模具使用壽命。有廢料排樣時沖裁件質量和模具壽命較高，但材料利用率較低。所以，在排樣設計中，應全面權 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)濟性，以及工藝方案的確定， 該零件的排樣實現(xiàn)了少廢料排樣，生產(chǎn)批量大，采用模具加工可以有明 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 13 顯的經(jīng)濟效益。 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 保險杠 內支撐架 沖壓工藝及模具設計 14 用少廢料排樣，排樣圖如圖 4－ 3 所示。采用導料板導向且無測壓裝置，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，導料板與最寬條料之間的間隙 mmZ 1? ，條料寬度偏差 ?? 。 進距： 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 每條個數(shù)： 6 52 0 0 02 ???n 條 余 0mm 板料每塊可沖總個數(shù)： 1212121 ????? nnn 個 材料的利用率： 沖裁件的實際： mmA ? 一個進距內材料的利用率： %% %100 ?????? BLA? 一張板料上總的材料利用率： %%%1000 ???????總BLnA? 壓力中心計算與確定 模具的壓力中心 是為了保證壓力機和模具的正常工作，應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心線相 重合 。 壓力中心：因零件展開圖為對稱圖形，故其壓力中心為幾何中心，即為（ 0,0）點，如圖 44 所示。 圖 44 壓力中心 2022屆機械設計與制造專業(yè)畢業(yè)設計 15 沖壓力的計算 落料力的計算 沖裁力 計算 本次沖裁屬于平刃口沖裁，落料力由下式計算： ?LtP? （ ） 式中 P—— 沖裁力（ N）； ? —— 材料的抗剪強度（ MP） ； t—— 材料厚度（ mm）； L —— 沖裁刃口周長（ 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等因素，通常按下式計算沖裁力： ?LtP ? （ ） 其中 t=， ? =350MP，通過 UG 計算 L= 所以 KNP 1 7 6 2 6 0 ????? 卸料力、推件力及頂件力計算 卸料力 pKP x