【正文】 18 工藝方案的確定 本沖件所需的基本工序?yàn)闆_孔、落料、一般可采用： 方案（ 1），單工序模；生產(chǎn)率低，積累誤差大，生產(chǎn)不夠安全，模具簡(jiǎn)單，制造容易。 2）制件大，從實(shí)用性角度出發(fā)考慮單獨(dú)順序排 樣。 ａ）間隙過(guò)?。猓╅g隙合理ｃ）間隙過(guò)大 圖 間隙對(duì)剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響 工藝分析 該制件形狀簡(jiǎn)單，尺寸大 ，薄板材件，且大批量生產(chǎn)，屬普通沖壓件。另外，當(dāng)模具裝配間隙調(diào)整得不均勻時(shí)，模具會(huì)出現(xiàn)部分間隙過(guò)大和過(guò)小的質(zhì) 量現(xiàn)象。如圖 所示。分離后產(chǎn)生的斷裂層斜度增大，制件的斷面出現(xiàn)二個(gè)斜角 α1和 α2 ，斷面質(zhì)量也不理想。如斷面中部出現(xiàn)夾層，兩頭呈光亮帶，在端面有擠長(zhǎng)的毛刺。當(dāng)上裂紋壓入凹模時(shí)，受到凹模壁的擠壓，產(chǎn)生第二光亮帶，同時(shí)部太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 分材料被擠出，在表面形成薄 而高的毛刺（圖 a）所示）。上、下裂紋不重合。 當(dāng)間隙減小時(shí)，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應(yīng)力成分高。當(dāng)凸、凹間隙合適時(shí)，凸、凹模刃口附近沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋在沖裁過(guò)程中能會(huì)合，此時(shí)盡管斷面與 材料表面不垂直，但還是比較平直、光滑、毛刺較小，制件的斷面質(zhì)量較好（圖 ）所示）。但四個(gè)特征區(qū)域的大小和斷面上所占的比例大小并非一成不變，而是隨著材料性能、模具間隙、刃口狀態(tài)等條件的不同而變化。在普通沖裁中毛刺是不可避免的 。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色 ，且略帶有斜度。 圓角帶 a ：該區(qū)域的形成是當(dāng)凸模刃口壓入材料時(shí)，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長(zhǎng)變形，材料被拉入間隙的結(jié)果； 光亮帶 b ：該區(qū)域發(fā)生在塑形變形階段，當(dāng)刃口切入材料后，材料與凸、凹模切刃的側(cè)表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。影響零件質(zhì)量的因素有：材料性能、間隙大小及均勻性、刃口鋒利程度、模具精度以及模具結(jié)構(gòu)形式等。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 圖 沖裁變形過(guò)程 圖 沖裁力曲線 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。 從圖 所示沖裁力 凸模行程曲線可明顯看出沖裁變形 過(guò)程的三個(gè)階段。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應(yīng)力方向不斷向材料內(nèi)部擴(kuò)展，當(dāng)上下裂紋重合時(shí)，板料便被剪斷分離。間隙越大，彎曲和拉伸變形也越大。隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側(cè)面的 材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時(shí)，塑性變形階段便告終，此時(shí)沖裁變形抗力達(dá)到最大值。 (b)．塑性變形階段 (圖 Ⅱ ) 因板料發(fā)生彎曲，凸模沿寬度為 b的環(huán)形帶繼續(xù)加壓，當(dāng)材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)便開(kāi)始進(jìn)入塑性變形階段。 如果模具間隙正常，沖裁變形過(guò)程大致可分為如下三個(gè)階段 ： (a)．彈性變形階段 (圖 Ⅰ ) 在凸模壓力下，材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形，凹模上的板料則向上翹曲，間隙越大，彎曲和上翹越嚴(yán)重。中間拉伸對(duì)某些部位材料流動(dòng)不產(chǎn)生影響 , 可考慮由于底面的不平整對(duì)于所需材料流動(dòng)不同 ,進(jìn)行合理設(shè)計(jì) 。根據(jù) 毛坯尺寸的計(jì)算原則 , 遠(yuǎn)離四角圓弧尺寸按彎曲成形計(jì)算長(zhǎng)與寬 (實(shí)際中可能稍小 ) 。假若在試模調(diào)整時(shí)發(fā)現(xiàn)圓角部分出現(xiàn)材料堆聚，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小圓角部分的壁間距離 。則長(zhǎng)圓形毛坯的長(zhǎng)度為： (2) 長(zhǎng)圓形毛坯的寬度為： (3) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 然后用 R=K/2 過(guò)毛坯長(zhǎng)度兩端作弧，既與 弧相切，又與兩長(zhǎng)邊的展開(kāi)直線相切，則毛坯的外形即為 一長(zhǎng)圓形 或是長(zhǎng)橢圓形 。將尺寸為 的盒形件，看作由兩個(gè)寬度為 B 的半太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 方形盒和中間為 (AB) 的直邊部分連接而 成，這樣，毛坯的形狀就是由兩個(gè)半圓弧和中間兩平行邊所組成的長(zhǎng)圓形，長(zhǎng)圓形毛坯的圓弧半徑為： 圖 24 方盒件毛坯的形狀與尺寸 圖 25 高盒形件的毛坯形狀與尺寸 式中 D 是寬為 B 的方形件的毛坯直徑，按式 (1) 計(jì)算。當(dāng)零件為方盒形且高度比較大，需要多道工序拉深時(shí)，可采用圓形毛坯，其直徑為： （ 1） 公式中的符號(hào)見(jiàn)圖 24。計(jì)算的原則仍然是保證毛坯的面積等于加上修邊量后的工件面積，并盡可能要滿足口部平齊 。的要求。因此盒形件毛坯的形狀和尺寸必然與 r/B 和 H/B 的 值有關(guān)。為了有效預(yù)防油底殼法蘭孔面 36 個(gè)安裝孔及孔位變移問(wèn)題，也為了使模具的制造及維修帶來(lái)方便；將翻 變、校平工序在一套復(fù)合模中完成，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，該方案能同時(shí)滿足產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)節(jié)拍要求，工藝流程最終定為 ： 落料 拉深 整形 切邊 翻邊、校平 沖法蘭面孔 沖放油塞孔 落料毛坯尺寸確定 盒型零件拉深毛坯的形狀與尺寸的確定 毛坯形狀和尺寸的確定應(yīng)根據(jù)零件的 r/B 和 H/B 的值來(lái)進(jìn)行，因?yàn)檫@兩個(gè)因素決定了圓角和直邊在拉深時(shí)的影響程度。 由于此零件法蘭面與側(cè)壁間圓角半徑偏小，不利于之間一次拉伸成形，因此決定在拉深工序后增加一法蘭面與側(cè)壁間圓角部位整形工序，保證一次 拉深成形的工藝需求。采用 平面 應(yīng)變等效太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 拉深筋阻力模將胚料料劃分成 500 單元節(jié)點(diǎn)數(shù)為 2503。 有限元模擬分析 根據(jù)有限元模擬技術(shù)預(yù)示的成形載荷、板材幾何變形、應(yīng)力應(yīng)變分布和加工條件，調(diào)整模具的幾何形狀、材料等級(jí)和邊界條件，對(duì)油底殼深拉伸進(jìn)行模擬分析。 r/B 愈小，圓角部分的材料向直邊部分流得愈多，直邊部分對(duì)圓角部分的影響愈大，使得圓角部分的變形與相應(yīng)圓筒件的差別就大。 圖 23 盒形件拉深時(shí)的應(yīng)力分布 (3) 盒形件拉深時(shí)，由于直邊部分和圓角部分實(shí)際上是聯(lián)系在一起的整體，因此兩部分的變形相互影響，影響的結(jié)果是：直邊部分除了產(chǎn)生彎曲變形外，還產(chǎn)生了徑向伸長(zhǎng)，切向壓縮的拉深變形。故盒形件拉深時(shí)破壞首先發(fā)生在圓角處。 (2) 變形的不均勻?qū)е聭?yīng)力分布不均勻 (圖 23) 。沿徑太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 向愈往口部伸長(zhǎng)愈多，沿切向圓角部分變形大，直邊部分變形小，圓角部分的材料向直邊流動(dòng)。 因此該處的變形不同于純粹的拉深。 (2) 圓角部位的變形 拉深后徑向放射線變成上部距離寬，下部距離窄的斜線，而并非與底面垂直的等距平行線。這些變化主要表現(xiàn)在： 圖 22 盒形件的拉深變形特點(diǎn) ⑴ 直邊部位的變形 直邊部位的橫向尺寸 變形后成為間距逐漸縮小，愈向直邊中間部位縮小愈少，即 縱向尺寸變形后成為 ，間距逐漸增大，愈靠近盒形件口部增大愈多，即 。 拉深前，在毛坯的直邊部分畫(huà)出相互垂直的等距平行線網(wǎng)格，在毛坯的圓角部分，畫(huà)出等角度的徑向放射線與等距離的同心圓弧組成的網(wǎng)格。若將圓角部太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 分和直邊部分分開(kāi)考慮，則圓角部分的變形相當(dāng)于直徑為 2r 、高為 h 的圓筒件的拉深，直邊部分的變形相當(dāng)于彎曲。若零件的 H/r 小于表 1 中的值，則可一次拉成，否則必須采用多道拉深。 H/r 愈大，表示變形程度愈大。 當(dāng) 時(shí)，與圓角部相應(yīng)的圓筒體毛坯直徑為： 則： 式中 為工件底部和角部的圓角半徑； H 為工件的高。 （ b） 運(yùn)用 盒形件拉深的變形程度 來(lái)確定拉深次數(shù) 由于盒形件初次拉深時(shí)圓角部分的受力和變形比直邊大，起皺和拉破易在圓角部發(fā) 生，故盒形件初次拉深時(shí)的極限變形量由圓角部傳力的強(qiáng)度確定。 常規(guī)計(jì)算模式： (a)通過(guò)對(duì)零件的分析，得知該零件形狀接近于盒形件，所以參考盒形件的工藝計(jì)算方法估算其拉深次數(shù)。 拉深次數(shù)的確定 上述初定的工藝流程，未確定拉深次數(shù)，而拉深件的拉深次數(shù)的合理確定對(duì)制件成型尤為 重要。 方案 確定 工藝流程初定 通過(guò)對(duì)零件結(jié)構(gòu)及使用要求的綜合分析，初步制定此零件的工藝流程如下： 落料 拉深（次數(shù)為定） 切邊 沖法蘭面孔 翻邊 校平 沖放油塞孔 此工藝流程的優(yōu)勢(shì)在于：拉深工序后 ，切邊 沖法蘭面孔將通過(guò)復(fù)合模在一道工序中完成，生產(chǎn)效率將得以有效提高。 圖 21所示油底殼沖壓件外形不規(guī)則，由復(fù)雜空間曲面構(gòu)成，斷面平面度及孔位位置度要求相對(duì)較高，屬于典型的復(fù)雜深拉深件。 綜上所述，為了更好的適應(yīng) 現(xiàn)實(shí) 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 的 需求，經(jīng)過(guò)對(duì)該零件結(jié)構(gòu)及使用性能的要求分析，以不降低使用性能為前提，將其從鑄鋁件改為沖壓件！用沖壓的方式完成零件的加工。這種塑料材料油底殼的材料被命名為 “ ”，其中 35%為增強(qiáng)玻璃纖維。這種輕量化新材料油底殼的機(jī)油容量較傳統(tǒng)材料油底殼增加了 30%，達(dá)到 39L；新材料油底殼部件總質(zhì)量較傳統(tǒng)材料油底殼減輕 40%，達(dá)到 ；它的生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)材料降低了 20%～ 30%。 2021 年，世界塑料工程學(xué)會(huì) SPE（ Society of Plastic Engineers），為研發(fā)成功世界首例載貨汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)熱塑性塑料油底殼的德國(guó)薩克森技術(shù)公司（ KTSN）頒發(fā)了 “格蘭特創(chuàng)新特別獎(jiǎng) ”。 塑料材料由于造型容易、質(zhì)量輕、成本低，受到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)部門(mén)及油底殼制造業(yè)的青睞和關(guān)注。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化程度在很大程度上取決于輕量化材料的發(fā)展。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的材料沿著環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材、安全和低成本的方向發(fā)展，取得了以輕量化為代表的顯著進(jìn)步，呈現(xiàn)著多樣化、多元化的趨勢(shì)。油底殼的儲(chǔ)油量是潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，油底殼的儲(chǔ)油容積對(duì) “濕式 ”潤(rùn)滑系統(tǒng)中機(jī)油完成潤(rùn)滑、冷卻、清洗、密封、防銹等功能具有重要的保證作用。 本 設(shè)計(jì) 涉及的知識(shí)面廣，綜合性較強(qiáng)，在鞏固大學(xué)所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)于提高設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開(kāi)闊設(shè)計(jì)思路等方面為作者提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。主要表現(xiàn)在： （ 1）模具 CAD/CAM 的專業(yè)化程度不斷提高； （ 2）基于網(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAE/CAM 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪； （ 3）模具 CAD/CAE/CAM 的智能化引人注目； （ 4）與先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 展望國(guó)內(nèi)外模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展，本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見(jiàn)。西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模 CAD 系統(tǒng)等。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó) 家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在 AutoCAD 軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特征的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM 系統(tǒng) HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫(kù)工具和線切割自動(dòng)編程 5個(gè)模塊。與此同時(shí)，新加波、馬來(lái)西亞、印度及我國(guó)臺(tái)灣、香港有關(guān)機(jī)構(gòu)和公司也在開(kāi)發(fā)和試用新一代級(jí)進(jìn)模 CAD/CAM 系統(tǒng)。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開(kāi)、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)。 模具 CAD/CAE/CAM 是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。通過(guò)以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)手段，以數(shù)學(xué)模型為中心，采用人機(jī)互相結(jié)合、各盡所長(zhǎng)的方式，把模具的設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算、制造、檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程連成一個(gè)有機(jī)整體，使模具技術(shù)進(jìn)入到綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造的新階段。對(duì)沖模技術(shù)性能的研太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具，是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國(guó)外多工位級(jí)進(jìn)模和多功能模具相比，存在一定差距。在設(shè)計(jì)制造方法、手段上已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國(guó)際水平，在轎車模具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。以大型覆蓋件沖模為代表，我國(guó)已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模 具。目前我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“ 十一五期間 ” 產(chǎn)品發(fā)展重點(diǎn)主要應(yīng)表現(xiàn)在： （ 1）汽車覆蓋件模； （ 2）精密沖模； （ 3）大型及精密塑料模； （ 4）主要模具標(biāo)準(zhǔn)件； （ 5）其它高技術(shù)含量的模具。 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和 現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 模式 — 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS（ Computer Integrated Manufacturing System）。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大 規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進(jìn)化為集成制造（圖 11）。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心