【文章內(nèi)容簡介】 模具，是一種多工序沖壓模。與單 工序模相比，主要優(yōu)點是：①生產(chǎn)效率高； ②沖壓件精度高。其的缺點是：模具 結(jié)構(gòu)復雜，不易制造。適用于生產(chǎn)精度要求較高的軟材料或薄板料沖壓件。 通過該次設計，首先進一步培養(yǎng)了獨立工作和綜合分析問題的能力，提高了解決沖壓工藝模具設計與制造以及沖壓工藝生產(chǎn)過程中遇到問題的能力，同時進一步鞏固和加強了在學校四年來學到的專業(yè)和相關的知識，為今后在學習和實際工作中解決問題打下良好的基礎。 設計 （論文）專用紙 第 2 頁 第一章 緒論 沖壓工藝的特點及應用 沖壓工藝是利用安裝在沖壓設備（主要是壓力機）上的模具對材料施加壓力，使材料的內(nèi)部 產(chǎn)生相應的內(nèi)力。當內(nèi)力的作用達到一定數(shù)值時，材料毛坯的某個部分便產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需尺寸及形狀的零件。 沖壓工藝通常是在常溫下對材料進行冷變形加工，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫沖壓工藝或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術。 沖壓工藝與切削加工比較，具有生產(chǎn)率高、加工成本低、材料利用率高、產(chǎn)品尺寸精度穩(wěn)定、操作簡單、容易實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，特別適合于大量生產(chǎn)。 沖壓工藝所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模 。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關重要，沒有符合要求的沖模，批量沖壓生產(chǎn)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。 沖壓工藝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。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批 量生產(chǎn)中應用十分廣泛。相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當?shù)拇?，少則 60%以上，多則 90%以上。不少過去用鍛造、鑄造和切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說，如果生產(chǎn)中不采用沖壓工藝，許 設計 （論文）專用紙 第 3 頁 多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的。 沖壓工藝的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、 尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式分離工序又可分為落料、沖孔和切割等。成形工序則可分為彎曲、拉深、翻邊、翻孔、脹形、擴口、縮口和旋壓等，即基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較 小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復合 級進和復合 級進三種組合方式。 復合沖壓 —— 在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓 —— 在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復合 級進 —— 在一副沖模上包含復合和級進兩種方式 的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、 設計 （論文）專用紙 第 4 頁 凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 從 20 年代 開始，金屬制品、玩具和小五金等行業(yè)就使用沖床、壓機等簡易機械設備及相應的模具加工產(chǎn)品的毛坯或某些零部件，其中有用于落料、沖孔的 “ 刀口模子 ” ，用于金屬拉伸的 “ 塢工模子 ” 。當時各廠使用的沖壓設備功率不大，大多還是手扳腳踏。模具加工除使用少量簡陋的通用設備外，以手工為主，故而模具的精度不高，損壞率大。直到 40 年代初，才出現(xiàn)水壓機冷沖模具。 50 年代公私合營后，由于增添了磨床、銑床和鋸床等設備，又配上硬度計、外徑內(nèi)徑測定器和塊規(guī)等，使冷沖模具的精度得以提高。隨著產(chǎn)品生產(chǎn)大量使用沖壓機床， 1960～ 1970 年，冷 沖模具已從原來單沖落料、單沖孔模具發(fā)展為落料、沖孔復合模。又由于冷沖模架標準件的出現(xiàn)，使模具設計結(jié)構(gòu)形式多種，精度也由此提高。同時，隨著熱處理技術的進步和檢測手段的完善，冷沖模具使用壽命提高 5～ 7 倍。這一時期，還由于成型磨削、電脈沖和線切割機等機床相繼使用，又采用硬質(zhì)合金為模具材料，冷沖模具的制作工藝有了新的發(fā)展。 硬質(zhì)合金冷沖模具的使用壽命從原來 150 萬次以上。由于設計人員改進制模工藝，具有自動送料、自動理片和接料裝置的復合模具大量問世?？磕ｃ姶惨M后，用石膏、木?；?qū)嵨锛纯煞瞥鱿嗤螤?的模芯，給制作復合拉深模具提供了方便，確保了精度。 70 年代以后，使用斜度線切割機加工冷沖模具，其凸模（沖頭）和凹?？上却慊鹛幚碓偾懈钛b配，取代了原來冷沖模具制作：熱處理－裝配－變形修正的繁瑣工藝。模具的光潔度也相應提高一個等級，精度可達到 毫米。后來各專業(yè)模具廠、模具車間小組已廣泛使用線切割機加工制作冷沖模具。 沖壓工藝技術的發(fā)展現(xiàn)狀及方向 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術、新工藝、新設備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。 (1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面 設計 （論文）專用紙 第 5 頁 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎。目前，國內(nèi)外對沖壓成形理論的研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過程應力應變分析、板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展。特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善，近年來國內(nèi)外已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術，即利用有限元（ FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性成形過程，根據(jù)分析結(jié)果，設計人員可預測某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，并通過在計算機上選擇修改 相關參數(shù)，可實現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設計。這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的各種壓新工藝，也是沖壓技術的發(fā)展方向之一。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm，精度可達 IT16~17 級；用液體、橡膠、聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に嚕芗庸こ鲇?普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟效果；采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在、形狀復雜、批量小、強度高和精度要求較高的板料零件，具有很重要的實用意義；利用金屬材料的超塑性進行超塑成形，可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性；無模多點成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術，我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀 態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復成形技術可消除材料內(nèi)殘余應力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE 技術為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。 (2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 . 在沖模的設計制造上 ,目前正朝著以下兩方面發(fā)展 :一方面 ,為了適應高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、 設計 （論文）專用紙 第 6 頁 多功能方向發(fā)展，與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具 CAD/CAM 技術也在迅速發(fā) 展；另一方面，為了適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代沖模的技術水平。目前， 50 個工位以上的級進模進距精度可達到 2 微米，多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程，還可完成焊接、裝配等工序。我國已能自行設計制造出達到國際水平的精度達 2 ~5微米，進距精度 2~3 微米，總壽命達 1 億次。我國主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設計制造方法、手段方面已基本達到了國際水平，但在制造方法手段方面已基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距。 模具制造技術現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎。計算機技術、信息技術、自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技術。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術、數(shù)控測量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術水平。高速銑削加工不但具 有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為 15000~40000r/min） ,加工精度一般可達 10微米，最好的表面粗糙度 Ra≤ 1 微米），而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低（工件只升高 3 攝氏度）、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合理選擇刀具和切削用量還可實現(xiàn)硬材料（ 60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的 EDSCAN8E 電火花銑削加工機床，配置有電極損耗自動 補償系統(tǒng)、 CAD/CAM 集成系統(tǒng)、在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今電火花加工機床的技術水平；慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當高，功能也相當完善，自動化程度已達到無人看管運行的程度，目前切割速度已達到 設計 （論文）專用紙 第 7 頁 300mm2 /min,加工精度可達177。 微米，表面粗糙度達 Ra=01~ 微米 。精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術 。模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展 ,現(xiàn)在三坐標測量機除了能高精度 地測量復雜曲面的數(shù)據(jù)外 ,其良好的溫度補償裝置、可靠的抗振保護能力、嚴密的除塵措施及簡單操作步驟，使得現(xiàn)場自動化檢測成為可能。此外，激光快速成形技術（ RPM）與樹脂澆注技術在快速經(jīng)濟制模技術中得到了成功的應用。利用 RPM 技術快速成形三維原型后，通過陶瓷精鑄、電弧涂噴、消失模、熔模等技術可快速制造各種成形模。如清華大學開發(fā)研制的“ MRPMSⅡ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國自主知識產(chǎn)權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝（分層實體制造 SSM和熔融擠壓成形 MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化技術集成”之概念而設計和制造， 具有較好的價格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型為基礎，采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。 (3) 沖壓設備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產(chǎn)技術水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能