【正文】 ....... 31 第三章 主要零件的模擬加工 ........................................................................................... 34 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 37 致謝 ..................................................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 39 北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第一章 緒論 課題來源和本課題研究的目的和意義 課 題來源 本課題為彈簧鋼片的沖壓模設(shè)計，源于生產(chǎn)實踐。 選題的目的 沖壓模具是沖壓生產(chǎn)必不可少的工藝裝備，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。模具設(shè)計和制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 針對題目使學(xué)生得到機械原理、機械零件設(shè)計、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)及模具設(shè)計與制造的綜合 訓(xùn)練。 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題和解決實際問題的能力、探求真理的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力并受到工程設(shè)計與科學(xué)理論結(jié)合的初步訓(xùn)練等方面的能力。模具品種繁多，共有 10 大類，包括沖壓、塑料、橡膠、鑄造、鍛壓等，用于制造業(yè)中幾乎所有產(chǎn)品的生產(chǎn)，可見模具的服務(wù)范圍已包括國民經(jīng)濟的許多方面，現(xiàn)在模具技 術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一，沒有高水平的模具就沒有高水平的產(chǎn)品已成為共識。 沖壓技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，我國沖壓及模具制造業(yè)已駛?cè)氚l(fā)展的快車道。雖然我國模具總量已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大的提高，但與需求相比，還供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具領(lǐng)域，主要原因是中國在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面 ，與國際平均水平和北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 發(fā)達(dá)國家相比較仍有較大差距。國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大的動力。 目前，中國 17000 多個模具生產(chǎn)廠點，從業(yè)人數(shù)約 50 多萬。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。 改革開放以來，中國模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為國內(nèi)知名的 “模具之鄉(xiāng) ”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。 模具被稱為工業(yè)產(chǎn)品之母，所有工業(yè)產(chǎn)品莫不依賴模具才得以規(guī)模生產(chǎn)、快速擴張，被歐美等發(fā)達(dá)國家譽為 “磁力工業(yè) ”。 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家 產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中， 60%80%的零部件都要依靠模具成形（型）。模具又是 “效益放大器 ”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是 模具自身價值的幾十倍、上百倍。統(tǒng)計顯示， 1996 至 2021 年，我國模具制造業(yè)的產(chǎn)值年均增長 14%到 15%。 雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平已取得了很大的進(jìn)步，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比仍有較大的差距。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。分離工序又可分為落料、沖孔切割等。根據(jù)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸精度和其他技術(shù)要求，可分別采用各種工序?qū)Π辶厦鬟M(jìn)行加工。由于凸、凹模端面的作用力。力矩使材料產(chǎn)生彎曲，故模具與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內(nèi)保持接觸，接觸面寬度約為板料厚度的 ～ 倍。沖才時，由于板料彎曲的影響，其剪切區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜的，且與變形過程有關(guān)。當(dāng)凸模下降接觸板料，板料即受到凸、凹 模壓力而產(chǎn)生彈性變形，由于力矩的存在，使板料產(chǎn)生彎曲，即從模具表面上翹起。由此可知，塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴大，直到板料的整個厚度方向上塑性變形，板料的一部分相對另一部分移動。力矩將板料壓向切刃的側(cè)表面，故切刃相對于板料移動時，這些力將表面平壓，在切 口表面上形成光亮帶。 剪切斷面分析 由于沖裁件的變形特點，使沖出的工件斷面明顯地分成三個特征區(qū)，即圓角帶、光亮帶、斷裂帶。增加光亮帶高度的關(guān)鍵是延長塑性變形階段，推遲裂紋的產(chǎn)生。 模具間隙 模具間隙是指凸、凹模刃口之間 縫隙的距離，用符號 c 表示，俗稱單面間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計中的極其重要的問題。為此設(shè)計模具時一定要選擇合理的間隙，便沖裁件的斷面質(zhì)量較好、所需沖裁力小，模具壽命高。生產(chǎn)過程中通常選擇一個適當(dāng)?shù)姆秶蜑楹侠淼拈g隙。它可分為工具作直線運動的壓彎和工具作旋轉(zhuǎn)運動的卷彎及滾壓三類。材料在 U形或 V形模中彎曲時受力情況 ,作用力與反作用力之間形成的彎矩，使材料逐漸彎曲成型，但變形區(qū)只是在凸模接觸之間的圓角部分，在彎矩的作用下，外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)變，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)變，彎曲成形。當(dāng)凸模上行后，總希望 V形件的彎曲半徑 r 和彎曲角 a 與模具形狀保持一致，但是，由于彎曲變形過程的復(fù)雜性往往會伴隨產(chǎn)生以下現(xiàn)象。這種差異，將影響板料的彎曲質(zhì)量。當(dāng)材料相同時，彈性回跳值主要取決于 r/t 的大小。變形物體在外力去除后，彈性變形部分會立即消失，產(chǎn)生彈性回復(fù)，而板料彎曲時的彈性變形有兩種情況：其 一是當(dāng) r/t 較大時，板料內(nèi)外緣表層纖維進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，而板料中心仍處在彈性變形狀態(tài)，這是當(dāng)凸模上升去除外載后，板料將產(chǎn)生彈性回跳；其二是金屬塑性變形時總是伴有彈性變形的，所以板料彎曲時，即使內(nèi)外層纖維全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，在凸模上升去除外力后，彈性變形消失，也會出現(xiàn)彈性回跳。 減小彈性回跳的措施有很多，主要有： (1)改進(jìn)北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適材料 ,(2)補償法 ,(3)校正法 ,(4)拉彎法。而毛坯截面上的應(yīng)力，在外層的拉應(yīng)力過度到內(nèi)層壓應(yīng)力時，發(fā)生突然變化或應(yīng)力不連續(xù)的纖維層，稱為應(yīng)力中性層。 由應(yīng)變中性層內(nèi)移可知，應(yīng)變中性層處的纖維在彎曲前期的變形時切向壓縮，而彎曲后期必然是伸長變形，才能補償彎曲前期的纖維縮短，使其切向應(yīng)變?yōu)榱?。由此可見，?yīng)力中性層在塑性彎曲時也是從板料中間向內(nèi)層移動的，且內(nèi)移量比應(yīng)變中性層還大。在 r/t≦ 4 的塑性彎曲時，中性層位置向內(nèi)移動。 彎曲時的厚度變薄會影響零件的質(zhì)量。 板料長度的增加 一般彎 曲件，其寬度方向尺寸 b 比厚度方向尺寸大得多，所以彎曲前后的板料厚度 b 可近似地認(rèn)為是不變的。相對彎曲半徑 r/t 愈小，減薄量愈大，板料長度的增加也愈大。 板料橫截面的畸變、翹曲和拉裂 相對寬度較?。?b/t≦ 3）的板料彎曲時，外層受拉，引起板料寬度和厚度的收縮；內(nèi) 層受壓，使板寬和厚度增加，所以彎曲結(jié)果，板料橫截面變?yōu)樘菪?，同時內(nèi)外層發(fā)北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 生微小的翹曲。相對彎曲半徑 r/t 愈小，最外層纖維的切向拉裂的可能性 課題研究的主要內(nèi)容 1）查閱相關(guān)資料，進(jìn)行調(diào)研，熟悉課題。 3) 撰寫開題報告，要求 3000 字以上，主要介紹課題的目的意義、沖壓模具的發(fā)展概況、課題研究內(nèi)容、關(guān)鍵問題及解決思路、預(yù)期成果、進(jìn)度安排等。 5) 模具結(jié)構(gòu)形式論證，確定模具總體結(jié)構(gòu)方案。 7) 合理選擇沖壓設(shè)備確定壓力機的技術(shù)參數(shù)。 9) 編寫 15000 字以上的畢業(yè)設(shè)計的說明書。沖壓件的表面質(zhì)量、尺寸精度、生產(chǎn)率以及經(jīng)濟效益等與模具結(jié)構(gòu)及其合理設(shè)計的關(guān)系很大。 沖壓工序大致分為兩大類：第一類是分離工序，如：板料的剪裂、剪截、沖孔、落料、切口、整修、裁切、沖口等；第二類是變形工序，如：彎曲、縮口、卷邊、扭轉(zhuǎn)、拉伸、起伏成形、體積沖壓等。 2) 按沖壓工序的組合方式分，有 單工序的簡單模和多工序的復(fù)合模，連續(xù)模等 3) 按模具的結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)上、下模導(dǎo)向方式，有無導(dǎo)向模和導(dǎo)板模、導(dǎo)柱模等。根據(jù)擋料形式，可分為因定擋料釘、活動擋料釘、活動擋料銷、導(dǎo)正銷和側(cè)刃定距沖模。一般均以其完成的沖壓工藝工序的名稱來命名：如只進(jìn)行沖孔的稱之為沖孔模；只進(jìn)行一次彎曲的稱為彎曲模。只完成沖裁作業(yè)的復(fù)合模，最常見的是沖孔 —落料復(fù)合模。 3）級進(jìn)（連續(xù)）模（亦稱多工序級進(jìn)模）這種模具是在壓力機一次行程中，在模具的不同工位上，能同時完成兩個或兩個以上沖壓工序。連續(xù)模只有沖裁工位的，即只進(jìn)行沖孔、切口、沖槽、落料等屬于沖裁作業(yè)的工位，稱為多工位級進(jìn)（連續(xù)）沖裁模。 沖壓模具設(shè)計的步驟和內(nèi)容 根據(jù)沖壓件圖和以此圖編制的全部工藝文件、現(xiàn)場沖壓設(shè)備使用說明書等進(jìn)行沖模設(shè)計，需要經(jīng)歷的步驟和完成的工作內(nèi)容如下： 1）模具設(shè)計與從制造的角度出發(fā)。 2）提供沖模設(shè)計的有關(guān)工藝文件是否齊全，包括：沖壓件圖、全套沖壓工藝文件、沖模設(shè)計任務(wù)書等。排樣圖、變形過程圖及沖模結(jié)構(gòu)選型是否先進(jìn)、恰當(dāng)、經(jīng)濟合理。根據(jù)計算總壓力選用設(shè)備的合理性、沖模裝夾是否困難，壓力機的形程、閉合高度、壓力行程曲線能否滿足工藝施工要求，排樣圖中搭邊與沿邊值以及排樣方法是否合理， 工步順序及工位布置是否合適等。一般采用如下幾中方法： （ 1）材料加熱紅沖 材料加熱后，抗剪強度大大地降低，比而降低沖裁力。 （ 2）在多凸模沖模中將凸模作階梯形布置 即將凸模制成不同高度，便各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，這樣就能降低總的沖裁力。凸模間的高度差取決于材料厚度。若將尺平面做成與軸線成一個角度，沖裁時刃口就不是同時切入，而是逐步?jīng)_切材料，這就等于減少了剪切斷面面積，因而能降低沖裁力 。就沖裁模而言，對單工序模、沖裁復(fù)合模、多北華大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 工位連續(xù)式?jīng)_裁模，應(yīng)采用 GB2851—2875—81《冷沖?！芬约?1990 年修訂本的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的典型組合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并按其規(guī)定選配成套冷沖模標(biāo)準(zhǔn)零部件、模板等標(biāo)準(zhǔn)件。 6）沖模的設(shè)計與計算 （ 1）送出料裝置的配置及操作方式的確定。 （ 3）頂件系統(tǒng)與卸料裝置的設(shè)計。根據(jù)排樣圖確定擋料銷的位置及尺寸。 （ 6）計算并確定沖模的壓力中心。在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，主要分析零件的形狀特點、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合沖壓工藝的要求；在經(jīng)濟方面，主要根據(jù)沖壓件的生產(chǎn)批量，分析產(chǎn)品成本，闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟效益。 影響沖壓件工藝性的因素很多，從技術(shù)和經(jīng)濟方面考慮，主要因素： 1）沖壓件形狀和尺寸 不同的形狀和尺寸的沖壓件，有不同的工藝要求。 一般情況下，沖裁件外形不能有尖角，應(yīng)采用 r＞ 2t 有圓角，這有利于模具制造和提高模具壽命。因此在設(shè)計沖壓模具時，模具的材料、凸凹模間隙、拉深系數(shù)、拉深深度、擴口變形程度、排樣的搭邊距等都要經(jīng)過相關(guān)的公式或表格查得，以此確保零件的精度。只有在大批量生產(chǎn)件下，沖壓加工才能表現(xiàn)出明顯的經(jīng)濟效益。 本設(shè)計工件結(jié)構(gòu)如圖所示，工件形狀較簡單，要求精度較高，主要工序有 落料， 沖孔，成形彎曲，考慮到條料的連續(xù)加工，還需要有切斷的工序。 圖 零件圖 此零件的材料是彈簧鋼 Q235，其有關(guān)參數(shù)查《模具設(shè)計手冊》知 ： 抗剪強度： τ＝ 3