【文章內容簡介】 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、經濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法，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、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的軟模成形 工藝，能加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件，在特定生產條件下具有明顯的經濟效果；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)代生產的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、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，為了適應產品更新?lián)Q代和試制或小批量生產的需要，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 ~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，模具結構、功能方面也接近國際水平，但在制造質量、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量（主軸轉速一般為 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 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轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑。 (3) 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 良好的沖壓設備是提高沖壓生產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的需要，目前沖壓設備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動 線和高速自動壓力機紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎機中送入板料毛坯后，在計算 機程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提高精度和生產率；在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子沖片時，一分鐘可沖幾百片，并能自動疊成定、轉子鐵芯，生產效率比普通壓力機提高幾十倍，材料利用率高達 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑塊行程次數(shù)已達 2021 次 /min 以上。在多功能壓力機方面，日本田公司生產的2021KN“沖壓中心 ”采用 CNC 控制，只需 5min 時間就可完成自動換模、換料和調整工藝參數(shù)等工作；美國惠特尼公司生產的 CNC 金 屬板材加工中心，在相同的時間內，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機的 4~10 倍，并能進行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來，為了適應市場的激烈競爭，對產品質量的要求越來越高，且其更新?lián)Q代的周期大為縮短。沖壓生產為適應這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝、設備和模具。其中，無需設計專用模具、性能先進的轉塔數(shù)控多工位壓力機、激光切割和成形機、 CNC 萬能折彎機等新設備已投入使用。特別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來、國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元（ FMC）和沖壓柔性制造系統(tǒng)（ FMS）代表了沖壓生產新 的發(fā)展趨勢。 FMS 系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設備為主體，包括板料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動上料與下料系統(tǒng)，生產過程完全由計算機控制，車間實現(xiàn) 24 小時無人控制生產。同時，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產品方便迅速，沖壓件精度也高。 (4)沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產，沖模零件既具的一定的復雜性和精密性，又具有一定的結構典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從 而降低模具的成本，提高模具的質量和縮短制造周期。目前，國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達 70%~80%，模具廠只需設計制造工作零件，大部分模具零件均從標準件廠購買，使生產率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高，分工越來越細，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模 具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在 40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形 成規(guī)?；a，標準件質量也還存在較多 問題。另外，標準件生產的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高 。 設計任務 、目的和要求 任務 完成所給工件的沖壓工藝設計與模具設計任務。提交模具的全套圖紙（總裝圖與非標零件圖）和相應的模具設計說明書。完成與專業(yè)有關的外文文獻的翻譯工作。 目的 ① 培養(yǎng)學生綜合運用沖壓工藝理論知識，分析解決沖壓過程實際問題的能力； ② 提高學生正確確定模具總體結 構及設計模具各種機構的能力； ③ 提高學生使用沖壓和機械設計手冊、正確迅速查找與選擇相關設計參數(shù)的能力，同時熟悉相關國家標準和技術規(guī)范。 要求 ① 按時完成開題報告，并按要求完成學校規(guī)定的與畢業(yè)設計有關的其它任務，接受檢查； ② 至少完整閱讀沖壓手冊一本； ③ 每周至少主動與指導教師見一次面，報告設計進度與問題。 2 對零件的綜合分析 制件如圖 所示，材料為 08F 鋼 ，料厚 1mm，制件尺寸精度為 IT14 級，大批量 生產 。 圖 支架 零件圖 工藝分析 此零件的成型工藝包括 沖裁 、彎曲、切斷等工序 。一是采用單工序模，二是采用復合模，三是采用復合模。此零件為小件，大批量生產，采用單工序模雖然模具簡單，但模具較多，所需設備也較多，生產效率低，采用復合模雖然可以減小單工序模中的一些缺點，但綜合仍不理想。級進模適用于小件，大批量生產，雖然模具結構復雜，但對小件大批量生產的情況可以降低模具成本，提高生產率。故此零件采用級進模生產。 排樣方案 排樣正確與否將影響到材料的合理利用、沖件質量、生產率、模具結構與壽命等?？紤]到排樣的選擇原則： 沖裁小工件或某種工件需要窄帶料時，應沿板料順長方向進行排樣，符合 材料規(guī)格及工藝要求。 沖裁彎曲毛坯時，應考慮板料的軋制方向。 沖件在條料上的排樣，應考慮沖壓生產率，沖模耐用度、沖模結構是否簡單和操作的方便及安全等。 條料寬度的選擇與在板料的排樣應考慮選用條料寬度較大而步距較小的方案，可將板料切成條料，并減少沖制時間。 在可能情況下，要求產品的設計修正產品零件的結構形狀和尺寸，以減少和消除設計廢料的形成，并有可能采取少無廢料方式。 結合以上分析，本零件成型的排樣圖如圖 所示 圖 第 1 工位：沖工藝孔，沖 3? mm 導正孔。 第 2 工位： 對 B 區(qū)， C 區(qū)進行沖裁。 第 3 工位：對 D 區(qū)， E 區(qū)進行沖裁 。 第 4 工位：對 F 區(qū)進行向下 90 度彎曲 。 第 5 工位： 對 G 區(qū)進行向上 90 度彎曲 。 第 6 工位：對 H 區(qū)進行沖裁。 第 7 工位：對 I 區(qū)沖裁使零件與條料分離。 模具結構形式的確定 因制件材料較薄，為保證制件的平整度，采用彈性卸料裝置，它還可以對沖孔小凸模起導向和保護作用，為方便操作和取件，選用雙柱可傾壓力機，縱向送料，采用對角導柱滑動導向模架，此為級進模機構。 工藝設計 毛坯尺寸計算 由于 毛坯有兩處彎曲，角度都為 90176。，其中一個彎曲半徑 r＞ ，另一個 r＜ ， 所以應該按照兩個公式來計算毛坯展開尺寸 。當 r＞ 時 這類變薄不嚴重而且斷面畸變教輕，可以按應變中性層長度等于毛坯長度的原則來計算，由文獻 [1] ? ?0176。180 i i iiL r x tl ?? ? ??? π 當零件的彎曲角為 176。90 時，則毛坯的展開長度為 ? ?1 2 02L l l r x t?? ? ? ? 式中 x0 —應變中性層位移系數(shù) 。 r —彎曲半徑（ mm） 。 t —料厚（ mm） 。 ｌ i —制件各直線段長度（ i= 2 、 3； mm） 。 L—毛坯的展開長度（ mm） 。 由文獻 [1] 查表 得，當 r/t=2 時， 0x =，則由式 得 ， mmL )( ???????? ? 當 r＜ 時， L=∑l+ 所以有 L=++1= 所以 L=+= 確定搭邊 本模具采用自動送料機構送料，且自動送料機構具有粗定位作用，但是定位不夠精確，由其控制的送料步距仍有 ～ 的誤差，所以需在模具上設置導正孔，實現(xiàn)對條料的精確定位。在該工件的上部有一個沖孔，為不規(guī)則圓形，不宜作為導正 孔?，F(xiàn)設計為在需沖孔的中間部位先沖一直徑為 3mm 孔作為導正孔，在第五個工位時再在導正孔的基礎上沖成所需型孔。設計如下：在第一工位沖出 3? 導正孔，在第二，第三，第四，第五工位設置導正銷。 確定條料寬度 條料寬度的確定原則是：最小條料寬度要保證沖裁時工件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時順利地在導料板之間送進，并與導料板之間有一定的間隙。因此，在確定條料寬度時必須考慮到模具的結構中是否采用側壓裝置和側刃，根據(jù)不同結 構分別進行計算。 采用自動送 料，無側壓 ，條料寬度按下式計算： B=(D+2a1+2△ +b0) 0?? 式中 D——沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸 b0——條料與導料板之間的間隙； a1——沖裁件與條料側邊之間的搭邊； △——板料剪裁時的下偏差 由文獻 [1]表 ，