【文章內(nèi)容簡介】 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。 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)引進了相當數(shù)量的 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CADS5，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)。且模具的參數(shù)化設(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。 模具設(shè)計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應用 。 雖然如此，我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設(shè)計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設(shè)計制造方法和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，在轎車模具國產(chǎn)化進程中前進了一大步，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標志沖模技術(shù)先進水平的多工位級進模和多功能模具 ，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。 寧波大紅鷹學院本科畢業(yè)設(shè)計 10 但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 專業(yè)化程度及分布狀況 我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為 30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為 60%。這就對專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由 于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。 未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢 全面推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù) 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的條件已基本成熟， 各企業(yè)將加大 CAD/CAM 技術(shù)培訓和技術(shù)服務的力度；進一步擴大 CAE 技術(shù)的應用范圍。計算機和網(wǎng)絡的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE 技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。 模具掃描及數(shù) 字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的 “逆向工程 ”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托 11 車、家電等行業(yè)得到成功應用，相信在 “十五 ”期間將發(fā)揮更大的作用。 2 沖壓件工藝分析 沖壓件的工藝性，是指沖壓件對沖壓工藝的適應性 ,即沖壓件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是 否符合沖壓工藝的要求。沖壓件的工藝性對沖壓工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖壓件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖壓件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖壓件的制造成本。 圖 沖壓件 該零件的材料為 Q235，該鋼種 是普通碳素鋼 ,材料狀態(tài) :未淬火 。抗剪強度σ =320MPa,抗拉強度? b=440MPa。屈服 點σ s=253MPa。伸長率 σ 10=20%。從它的力學性能可知它的沖裁性較好 .具有良好的沖壓、拉伸、彎曲、焊接性能，故廣泛用于制造冷沖壓零件。（參考文獻 [7] 表 8— 4） 寧波大紅鷹學院本科畢業(yè)設(shè)計 12 沖壓件結(jié)構(gòu) 工藝 性及 分析 沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖壓件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。 沖壓件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應有適當?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。 此工件形 狀比較復雜 ,但精度要求不高只有 IT14 級 ,主要工序有沖孔、落料、 翻邊 、彎曲 。工件圖如圖 ： 圖 沖壓工件圖 沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。主要用于加工板料零件。沖壓加工時，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力，當 內(nèi)力的作用達到一定程度時，板料就會產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對應的變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性，即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小及偏差等是否符合沖裁加工的工藝要求。這對沖裁件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)率都有很大影響。沖裁組合方式要根據(jù)生產(chǎn)批量，工件尺寸公差等級，對工件尺寸、形狀的適應性，模具制造、安裝調(diào)整和成本，操作方便與安全來決定。綜上分析，要選取在滿足工件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，模具制造成本低、壽命長、操作方便又安全的工藝方案。 其具體 13 要求為： 對沖裁件形狀與尺 寸的要求 、對稱、最好采用圓形、矩形等規(guī)則的幾何形狀或由這些基本形狀所組成。在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀。 、應盡量避免有過尖的銳角，宜采用圓角連接。 ，凸模易折斷或壓彎。沖孔的最小尺寸取決于材料的機械性能、凸模強度和模具結(jié)構(gòu)。沖小孔的凸模宜采用保護套。 、否則會降低模具壽命和工件質(zhì)量。 ，孔至邊緣之間的距離不宜過小，否則會產(chǎn) 生孔與孔間材料的扭曲或使邊緣材料變形。也會影響沖模的強度及工件的質(zhì)量都不易保證。 沖裁件對尺寸精度的要求 一般普通沖裁所得到?jīng)_裁件的尺寸精度在 IT10～ IT11 級以內(nèi)。本工件材料為 Q235，厚度為 2mm。具有良好的沖壓性能 ,且沖裁件結(jié)構(gòu)形狀簡單，所以精度按照 IT14 級制造。取磨損系 數(shù) X=。 結(jié)論 （ 1） 材料： Q235 鋼板是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的可沖壓性能。 （ 2） 工件結(jié)構(gòu)形狀：沖裁件內(nèi)、外形應盡量避免有尖銳清角，為提高模具壽命，建議將所有 90176。清角改為 R1 的圓角。 （ 3） 尺寸精度：零件圖 上所有尺寸均未標注公差，屬自由尺寸，可按 IT14 級確定工件尺寸的公差。 確定工藝方案模具結(jié)構(gòu)類型 因該工件屬大批量生產(chǎn)，根據(jù)零件的生產(chǎn)批量，尺寸精度和材料種類與厚度，選擇模具的導向方式與精度，定距方式及卸料方式等，現(xiàn)有如下兩種模具結(jié)構(gòu)方案：]2[ 方案一：采用復合沖裁模結(jié)構(gòu)。 即：在壓力機滑塊一次行程中、在模具同一工位同時完成沖孔和落料。 復合模有如下特點： 沖裁出來的產(chǎn)品精度高，不受送料誤差的影響，內(nèi)外形相對位置一致性好。 寧波大紅鷹學院本科畢業(yè)設(shè)計 14 沖件表面較為平整。 適宜沖薄料，也適宜沖脆性或軟質(zhì)材料。 沖 模面積較少。 方案二：采用級進沖裁模結(jié)構(gòu)。 即：在壓力機滑塊的一次行程、在模具不同工位分別進行工件的內(nèi)形和外形沖裁，而在最后工位才制成工件。 級進模有如下特點： 材料利用率較高。 凸模形狀簡單，提高模具使用壽命。 工作效率比較高。 該工件材料為 Q235，厚度為 2mm。大批量生產(chǎn)，精度要求不高， IT14 級即可，對比以上兩種方案決定采用級進模沖裁結(jié)構(gòu)。 通過到工廠的調(diào)研，了解到其工件包括下料、落料、沖孔、彎曲、翻邊 幾個工序。經(jīng)過研究可采用以下幾個方案來實施 : 下料 —— 彎曲 —— 沖孔 —— 翻邊 —— 落料 下料 —— 沖孔 —— 翻邊 —— 彎曲 —— 落料 下料 —— 沖孔 —— 彎曲 —— 落料 —— 翻邊 下料 —— 沖孔彎曲 落料 —— 翻邊 沖小孔、定位孔 —— 下料 —— 翻邊 —— 彎曲 —— 沖大孔 —— 彎曲、切邊落料 下料 —— 翻邊 沖孔 —— 彎曲 落料 第一、二、三種方案是工廠采用的一般方案，主要是用來小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率不高，模具設(shè)計比較簡單。 第四種方案是把落料、切舌和沖孔有一副連續(xù)模來做。采用此方案則要求設(shè)計的模具精度比較高。成本較大。 第六種方案把落料、沖孔、壓筋和切舌分成兩副模具，可以滿足大批量生產(chǎn)的要求，同時也可以節(jié)省模具 成本，對模具的要求不是很高。設(shè)計的模具的結(jié)構(gòu)比較簡單。 第五種方案相對第六種方案來說，主要考慮模具和工件的定位和壓一般成形規(guī)律，與尺寸精度的影響。 通過和老師討論第五種方案較好。 15 定位裝置 為了使條料送料時有準確的位置 ,保證沖出合格的制件 ,同時考慮到零件生產(chǎn)批量不多 ,且要求模具結(jié)構(gòu)盡量簡單 ,所以采用定位銷定位。 因為板料厚度 t=2mm,屬于較厚的板材 ,且制件尺寸不大 ,固采用側(cè)面兩個始用擋料銷定位導向 ,在送料方向由于受凸模和凹模的影響 ,為了不至于削弱模具的強度 ,在送給方向采用 固定銷定位。 卸料 裝置 連續(xù)模沖裁時，條料將卡在凸凹模外緣，因此需要在下模設(shè)置卸料裝置。 在下模的卸料裝置一般有三種形式：第一種剛性卸料，常用于較硬、較厚且精度要求不太高的工件沖裁。第二種彈性卸料，常用于沖裁厚度少于 的板料，由于有壓料作用，沖裁件平整。第三種廢料切刀卸料，主要用于大中型零件沖裁或成形見切邊。由于該零件的條料較厚，故采用第一種剛性卸料結(jié)構(gòu)。 導向裝置 采用二導柱式模架。 3 工藝計算 沖壓件展開尺寸計算 圖 彎曲件 寧波大紅鷹學院本科畢業(yè)設(shè)計 16 彎曲中性層位置的確定 中性層位置以曲率半徑 ρ 表示，通常用下面的經(jīng)驗公式確定： ρ =r+xt 式中： r—— 零件的內(nèi)彎曲半徑 t—— 材料的厚度 x—— 中性層位移系數(shù)，見表 45（參考文獻 [11] 159 頁 ） 由表 45 查得 x= ρ =r+xt =+*2 = 彎曲件坯料尺寸的計算 由于 r小于 ，則按表 46計算公式計算（參考文獻 [11] 160 頁） Lz= l1+l2+ Lz= l1+l2+ l3+ 由圖 彎曲件 可得 ： L1=15+6+*2= L2=30+8+5+*2= D=d+2b=46+2*6=58mm 圖 17 由圖 彎曲件可得： L=l1+l2+ l3ρα 1π /180+ρα 2π /180 =133mm 圖 毛配 展開 形狀 圖 材料的規(guī)格選擇 沖壓生產(chǎn)中使用的材料相當廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。 板料是沖壓生產(chǎn)中應用最廣的材料，適合于成批生產(chǎn)。其尺寸規(guī)格按國家標準定， 采用標準規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。 帶料（卷料）用于大批量生產(chǎn)。帶料的寬度一般在 300mm 以下，根據(jù)材料的不同，有不同的寬度尺寸，長度可達幾米到幾十米，有的薄材料可達數(shù)百米。條料是根據(jù)沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。塊料適用于單件小批量 生產(chǎn)和價值昂貴的有色金屬的沖壓。 根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝性，選擇 切邊帶料 。（參考文獻 [4] 8P ） 寧波大紅鷹學院本科畢業(yè)設(shè)計 18 排樣圖的設(shè)計與利用率的計算 排樣圖的設(shè)計 沖裁件在條料、帶料或板料上布置的方法稱為排樣，沖件的合理布置與沖件的外形有很大的關(guān)系。按材料的經(jīng)濟利用程度或廢料的多少，排樣可分為