【文章內(nèi)容簡介】 國 )；“模具是黃金 ” (東歐 )等。在二十世紀(jì)未 ,中國人才開始認(rèn)識到其極端重要性 ,作出了科學(xué)的評價 :“模具工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)之母 ” (中國 )。 現(xiàn)今 ,全世界模具工業(yè)年總產(chǎn)值約為 650億美元，其中亞洲地區(qū)占到全世界一半的總產(chǎn)值。而在亞洲 ,最高屬于日本 ,年產(chǎn)值達 200 億美元上下。美國的年產(chǎn)值為 50億美元。中國也在后來居上 ,現(xiàn)在已經(jīng)達到 70 億美元。然而 ,產(chǎn)值并不等同于技術(shù)質(zhì)量。雖然 我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與發(fā) 展 經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大 。 一些大型、精度、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。 而技術(shù)含量低的模具已供過于求 ,市場利潤空間狹小。近五年來 ,平均每年進口模具約為 億美元 ,2020 年就進口了近 億的模具 ,這還未包括隨設(shè)備和生產(chǎn)線作為附件帶進來的模具。這表示中國大陸模具業(yè)的發(fā)展?jié)摿θ匀缓芫薮?。這就是這次 研究的意義 。 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 在世界上大多數(shù)國家和地區(qū)，模具及模具工業(yè)早已成為了一個行業(yè)，有專門的行業(yè)組織機構(gòu)指導(dǎo) 和推動模具工業(yè)的發(fā) 展。 比如日本有“型技術(shù)協(xié)會”，臺灣地區(qū)有“臺灣模具工業(yè)同業(yè)公會 ” ，我國有“中國模具工業(yè)協(xié)會 ” ,各省市均有其分 會。 模具行業(yè)已成為一個大行業(yè)，僅我國的模具企業(yè)已達到了數(shù)萬家之多。 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達 50 多噸的模具 ， 中檔轎車配套的覆蓋件模具 和 多工位級進模也能生產(chǎn)了。 模具 精度達到 1~2μm，壽命2 億次左 右 。表面粗糙度達到 Ra≤ 、 大尺寸（ φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當(dāng)高的水平。 我國模具 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展 已有 20多年歷史。由原華中工學(xué)院和武漢 733廠于 1984年共同完成的精 沖 模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具 CAD/CAM 系統(tǒng)。華中工學(xué)院和北京模具廠等 在 1986 年共同完成的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模 CAD/CAM 系統(tǒng)。上海交通大學(xué)開發(fā)的冷沖模 CAD/CAM 系統(tǒng)也于同年完成。 21 世紀(jì)開始 ， CAD/CAM 技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM 技術(shù) ， 其中部分骨干重點企業(yè)還具備各 CAE 能力。 2 模具 CAD/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造 周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在 “八五 ”、九五 “期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當(dāng)數(shù)量 CAD/CAM 系統(tǒng)。如美國 EDS 的 UG，美國 Parametric Technology 公司 的 Pro/Engineer，美國 CV 公司的 CADSS，英國 DELCAM公司的 DOCT5，日本 HZS 公司的 CRADE 及 spaceE, 以色列公司的 Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國 MartaDaravision 公司用于汽 車及覆蓋件模具的 EuclidIS 等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了 CAD/CAM 技術(shù) /DL 圖的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實現(xiàn)二維 CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。在沖壓成型 CAE 軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術(shù)大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益?？焖僭停?RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低 和 制 造 難 等問題，實現(xiàn)了以三維 CAD 模型作為制模依據(jù)的快速模具制造 。 它標(biāo)志著 RPM 應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法 。 例如 ， 目前已開始在生產(chǎn)中應(yīng)用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu) 點。 本課題研究的主要內(nèi)容 7702 轉(zhuǎn)向鎖支架沖裁工藝方案 ； ； ； 。 本章小結(jié) 本章從國內(nèi)外當(dāng)今模具 的發(fā)展?fàn)顩r這個角度介紹了課題的研究意義，在此基礎(chǔ)上提出課題設(shè)計的任務(wù)。 3 第 2 章 摩托車 7702 轉(zhuǎn)向鎖支架加工工藝綜合分析 摩托車 7702 轉(zhuǎn)向鎖支架加工工藝要求 摩托車轉(zhuǎn)向鎖支架零件圖如圖 21所示，材料為 Q235，材料厚度 t ＝ 3mm，已知年產(chǎn)量 8000件，為大批量生產(chǎn)。要求表面無劃痕、孔不允許嚴(yán)重變形、沖口無毛刺、彎曲無裂紋。設(shè)計其沖壓模，確定沖壓工藝方案。（ Q235 材質(zhì)的屈服強度是 235MPa，抗拉強度約是 375460MPa，具有良好的塑性， 其沖裁、成形加工性較好。） 圖 21 摩托車 7702轉(zhuǎn)向鎖支架零件圖 零件圖分析 該件為帶孔的兩直角對稱彎曲件，尺寸精度要求不高，由沖裁和彎曲即可成形。沖壓難點在于兩角彎曲回彈會較大，使得制件會有一點變形，通過模具措施可予以控制。 4 沖壓工藝性審查 在分析沖壓工藝性的基礎(chǔ)上，其審查內(nèi)容見下表所示： 表 21 沖壓工藝性審查表 工藝性項目 沖壓件工藝性狀 工藝性允許值 工藝性評價 沖裁工藝性 落料 沖孔圓孔 ? 7,? R2 = 大于工藝允許 最小值，可以加工 對 2－ ? 7 = 最小孔邊距 t=3 4. 精度 2— ? 7 孔距 50? 是 IT9 中心孔 ? ?? 是 IT10 IT14 彎曲工藝性 U 形件，兩角彎曲，對稱 R3 彎曲內(nèi)角 2t=6 距 ? 7 孔邊 2t=6 IT14 由以上分析可知，該零件的工藝性較好，可以沖壓加工。 沖壓件經(jīng)濟性和先進性分析 沖壓是該件最好的加工方法。由于批量較 大， 為提高生產(chǎn)率，宜采用復(fù)雜一點的組合工序。 工 藝方案的確定 方案一：首先整體落料，再沖孔，最后進行彎曲； 方案二：落料彎曲復(fù)合，最后進行沖孔； 方案三：落料沖孔復(fù)合，最后進行彎曲。 上述三方案的綜合比較見下表： 5 表 22 沖壓工藝方案比較表 項 目 方案一 方案二 方案三 模具數(shù)量 三套 二套 二套 制件質(zhì)量 有回彈，可控制 有回彈，不易控制 形狀尺寸精度較好，有 回彈，可控制 生產(chǎn)率 較低 較高 較高 模具壽命 結(jié)構(gòu)簡單，較好 根據(jù)上表比較，選定方案三。由于沖壓件彎曲尺寸精度均為 IT14，方案三回彈可控制，對其影響不大。同時，采用落料 沖孔復(fù)合，這樣在提高生產(chǎn)率的同時也很好地保證沖孔與外形尺寸精度。 本章小結(jié) 本章分析了摩托車轉(zhuǎn)向鎖支架整體加工工藝性，對其工藝性進行審查，并對沖壓件進行了經(jīng)濟性與先進性分析，最后確定工藝方案。 6 第 3 章 落料沖孔復(fù)合模的設(shè)計 沖壓件的工藝分析 該沖孔落料件結(jié)構(gòu)較為簡單，由直線與圓弧組成。由零件圖可知，該件的經(jīng)濟精度為 IT14，符合沖裁精度要求，精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，一次沖壓成形。其尺寸要求、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的工藝要求。 排樣 結(jié)合大長江實際生產(chǎn)情況，決定采 用直排的排樣方案 ,如下圖 31 所示： 圖 31 排 樣 圖 由文獻 [3， 表 313]可知 ：搭邊值 a1=， a=3mm。沖壓件面積由 AutoCAD 軟件計算得為 ,條料寬度 b=+2 3=，進距 h=， 所以一個進距的材料利用率為： 3 7 0 5 . 4 6 9 3 7 0 5 . 4 6 91 0 0 % 1 0 0 % 5 4 . 9 4 %* 6 7 4 4 . 5 5 5 4Xbh? ? ? ? ? （ 31） （注：由于是根據(jù)大長江集團實際設(shè)計的，多出來的廢料可以用來沖壓其它的零部件，這樣可以讓材料利用率達到更高，所以沒有采取其它的排樣方案。） 計算沖壓力 落料力 P1=Lt?b=(+) ? 3? 400= KN （ 32） 沖孔力 P2＝ Lt?b =(2? ) ? 3? 400= KN （ 33） 7 落料時的卸料力 Pr=KrP1 （ 34） 由文獻 [3， 表 311]：取 Kr＝ 0..04,故 Pr＝ ＝ KN （ 35） 沖孔時的推件力 取 h=9mm，則 n=9/3=3。由文獻 [3， 表 311]，取 Kp＝ ，故 Pt＝ nKp 2P =3 = KN （ 36） 沖壓力 P0＝ P1＋ P2＋ Pr＋ Pt＝ KN （ 37） 初步選擇 630 KN 沖床。 確定模具壓力中心 圖 32 沖裁力分析圖 以中間圓圓心為原點，建立如上圖 3－ 2 所示坐標(biāo)系 XOY。由于零件圖較為復(fù)雜，用計算法難以確定模具壓力中心，模具壓力中心通過 AutoCAD 計算出來，通過軟件計算得模具壓力中心坐標(biāo)為 0x =， 0y =－ ，計算得的模具壓力中心與沖壓件中心圓圓心十分相近。在不影響沖裁精度與安全生產(chǎn)的前提下，本設(shè)計直接用沖壓件中心圓圓心來當(dāng)做模具壓力中心，方便設(shè)計。 計算凸、凹模刃口尺寸 沖孔凸、凹模刃口計 算 對沖孔采用凸、凹模分開的加工方法，其凸、凹模刃口部分尺寸計算如下： 沖Φ 孔，由文獻 [3， 表 35]可知： Zmin=,Zmax =, Zmax－ Zmin=－ ＝ （ 38） 8 由文獻 [3， 表 37]得凸凹模制造公差：p?=, d? = 校核： ZmaxZmin＝ （ 39） p?+ d? = （ 310） 滿足 ZmaxZmin ≧ p? + d? 的條件。 由文獻 [3， 表 38]得因數(shù) x=，則 dp=(+ ) ??? （ 311） dd=(+) 5 ??? （ 312） 沖Φ 7 孔，由文獻 [3， 表 35]得， Zmin=， Zmax =, 則 Zmax－ Zmin=－ ＝ （ 313） 由文獻 [3， 表 37]得凸凹模制造公差： p? =， d? = 校核： Zmax－ Zmin＝ （ 314） p? + d? = （ 315） 滿足 Zmax－ Zmin ≧ p? + d? 的條件。 由文獻 [3， 表 38]得因數(shù) x=，則 pd =(+ ) 0 7?? ? （ 316） pd =(7+) ?? ? （ 317） 落料凸、凹模刃口計算 對外輪廓的落料，由于形狀較復(fù)雜，故采用配合的加工方法。其凸、凹模刃口部分尺寸計算如下： 當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時，凹模磨損后，刃口尺寸有的增大，有的減小。 增大尺寸有： ? ， R ? ， R 0 ? ，它在沖孔凸模上相當(dāng)于落料凹模尺寸，故按一般落料凹尺寸公式計算。 由文獻 [3， 表 38]得因數(shù) x 為：對 ? 、 ? ，△ ? 時， x=；對 R 0 .? 、R 0 ? ，△ ? 時， x=，所以有 =( ) ? =33 ? （ 318） = ) ? = ?