【正文】 、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機械科學(xué)以及控制、計算機技術(shù)等方面的知識后，已經(jīng)形成了沖壓學(xué)科的成形基本理論。 沖壓技術(shù)的發(fā)展近幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術(shù)的認(rèn)識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。 圖11 沖壓作業(yè)方式的進(jìn)化沖壓自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個新的高度。隨著國民經(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上，但在整個模具設(shè)計制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。轎車覆蓋件模具設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。 模具CAD/CAE/CAM技術(shù)沖壓技術(shù)的進(jìn)步首先通過模具技術(shù)的進(jìn)步來體現(xiàn)出來。20世紀(jì)60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進(jìn)步的特征。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點到普及的過程。在級進(jìn)模CAD/CAE/CAM發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀(jì)初，美國UGS公司與我國華中科技大學(xué)合作在UGII（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進(jìn)模CAD/CAM軟件NXPDW。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場。我國從上世紀(jì)90年代開始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機電研究院等相繼開展了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進(jìn)模CAC/CAM系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了級進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進(jìn)模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)FoxCAD等。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個方面。該設(shè)計主要針對汽車發(fā)動機油底殼零件的沖壓模具設(shè)計，難點在于它屬于汽車覆蓋件沖壓成型中典型的深拉延模具。 汽車油底殼的相關(guān)知識補充 前言油底殼的儲油量是潤滑系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)之一，油底殼的儲油容積對“濕式”潤滑系統(tǒng)中機油完成潤滑、冷卻、清洗、密封、防銹等功能具有重要的保證作用。汽車發(fā)動機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?！　∑嚢l(fā)動機的材料是其設(shè)計水平高低、品質(zhì)優(yōu)劣、質(zhì)量大小和競爭力強弱的基礎(chǔ)之一。近年來，聚酰胺玻璃纖維增強尼龍工程材料（）如PA66+GF35%、PA6+GF35%等已成為汽車發(fā)動機油底殼的輕量化的新材料之一。　　塑料材料由于造型容易、質(zhì)量輕、成本低，受到汽車發(fā)動機設(shè)計部門及油底殼制造業(yè)的青睞和關(guān)注。這種塑料油底殼已成功應(yīng)用在戴姆勒－克萊斯勒汽車公司的奔馳牌新型ACTROS載貨V6發(fā)動機上。據(jù)悉，制造這種熱塑性材料油底殼的原材料是德國巴斯夫（BASF）公司提供的。 汽車發(fā)動機油底殼材料的發(fā)展歷史鑄鐵或鑄鋁件——單層薄鋼板沖壓件——壓鑄鋁合金件——（金屬/塑料/金屬）夾層復(fù)合件——SMC熱固性塑料模塑件——（尼龍）熱塑性塑料注塑件。第二章 發(fā)動機油底殼成型工藝的總體分析圖21 零件圖如圖21所示為改進(jìn)后的油底殼零件，材料為寶鋼產(chǎn)深拉深冷軋鋼板st15， 料厚2mm，屬于汽車覆蓋件沖壓成型中典型的深拉延件。其工藝難點主要在于油底殼成型，因成形高度相對較大，凹模半徑較小，外形不規(guī)則，拉深過程中各處應(yīng)力應(yīng)變情況比較復(fù)雜，差別較大，在拉深過程中易出現(xiàn)拉裂及局部起皺現(xiàn)象，實踐證明，拉深工序及整形工序的合理確定，將直接關(guān)系到制件質(zhì)量和制件成本。其缺陷在于：翻邊工序安排在切邊 沖孔復(fù)合工序之后，如此，在沖孔工序產(chǎn)生的安裝孔將在后續(xù)翻邊工序產(chǎn)生一定程度的孔變形及空位變移。如何充分利用材料的塑性，有效避免拉深應(yīng)力超過材料的強度極限，這直接關(guān)系到制件的質(zhì)量和成本。（b）運用盒形件拉深的變形程度來確定拉深次數(shù) 由于盒形件初次拉深時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的極限變形量由圓角部傳力的強度確定。 當(dāng)時，與圓角部相應(yīng)的圓筒體毛坯直徑為：則： 由上式可知初次拉深的變形程度可用盒形件相對高度 H/r 來表示，這在使用中比較方便。用平板毛坯一次能拉出的最大相對高度值見表1 。表1 盒形件初次拉深的最大相對高度 補充拉深件的變形解析：從幾何形狀特點看，矩形盒狀零件可劃分成 2 個長度為 (A2r) 和 2 個長度為 (B2r) 的直邊加上 4 個半徑為 r 的 1/4 圓筒部分(圖22) 。但實際上圓角部分和直邊部分是聯(lián)系在一起的整體，因此盒形件的拉深又不完全等同于簡單的彎曲和拉深，有其特有的變形特點，這可通過網(wǎng)格試驗進(jìn)行驗證。 拉深前，在毛坯的直邊部分畫出相互垂直的等距平行線網(wǎng)格，在毛坯的圓角部分，畫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。這些變化主要表現(xiàn)在：圖 22 盒形件的拉深變形特點 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。 (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。因此該處的變形不同于純粹的拉深。 沿徑向愈往口部伸長愈多，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。 在圓角部的中點最大，向兩邊逐漸減小，到直邊的中點處最小。又因圓角部材料在拉深時容許向直邊流動，所以盒形件與相應(yīng)的圓筒件比較，危險斷面處受力小，拉深時可采用小的拉深系數(shù)也不容起皺。兩部分相互影響的程度隨盒形件形狀的不同而不同，也就是說隨相對圓角半徑 r/B 和相對高度 H/B 的不同而不同。當(dāng) r/B= 時，直邊不復(fù)存在，盒形件成為圓筒件，盒形件的變形與圓筒件一樣。以正拉伸方式成形，油底殼截面積進(jìn)行成形過程模擬分析:油底殼的成形采用正拉深方式，邊界條件為拉伸筋阻力。（t為拉深板料厚度，mm），由此可知該零件可以一次拉深成功。 通過計算及分析模擬實驗確定了發(fā)動機油底殼成形的拉深次數(shù)。 毛坯形狀和尺寸的確定應(yīng)根據(jù)零件的 r/B 和 H/B 的值來進(jìn)行，因為這兩個因素決定了圓角和直邊在拉深時的影響程度。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)。的要求。計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 高盒形件 (H ≥) 毛坯的計算 毛坯尺寸仍根據(jù)工件表面積與毛坯表面積相等的原則計算。 對高度和圓角半徑都比較大的盒形件 (H/B≥～) ，拉深時圓角部分有大量材料向直邊流動，直邊部分拉深變形也大，這時毛坯的形狀可做成長圓形或橢圓形，如圖 25所示。 的圓心距短邊的距離為 B/2 。 由于矩形件拉深時沿毛坯周邊的變形十分復(fù)雜，當(dāng)前還不可能用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行精確計算，前述的各中間拉深工序的半成品形狀和尺寸的計算方法是相當(dāng)近似的。落料毛坯尺寸的合理確定對拉深件成形具有極其重要的影響，它是影響拉深過程中材料能否均勻流動的關(guān)鍵因素之一。四角圓弧處屬于圓筒形和部分直邊變形的結(jié)合, 比圓筒形拉伸尺寸稍小, 毛坯盡量用近似圓弧方法保證拉伸流動。根據(jù)制件成形特點，依據(jù)毛坯面積與拉深面積（加工修邊余量）相等的原則，經(jīng)過理論計算后用試沖法得知油底殼的毛坯尺寸如下：圖26落料毛坯圖第三章 拉深及法蘭面沖孔的工藝分析和模具設(shè)計落料若使材料沿封閉曲線相互分離，封閉曲線以內(nèi)的部分作為沖裁件時，稱為落料。同時，凸模稍許擠入板料上部，板料的下部則略擠入凹模洞口，但材料內(nèi)的應(yīng)力末超過材料的彈性極限。凸模擠入板料上部，同時板料下部擠入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。由于凸、凹模間存在有間隙，故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。(c)．?dāng)嗔逊蛛x階段(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)材料內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。隨后，凸模將分離的材料推人凹模洞口。 沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。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。圓角帶a ：該區(qū)域的形成是當(dāng)凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，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。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且略帶有斜度。在普通沖裁中毛刺是不可避免的。但四個特征區(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。 當(dāng)凸、凹間隙合適時，凸、凹模刃口附近沿最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生的裂紋在沖裁過程中能會合，此時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（）所示）。當(dāng)間隙減小時，變形區(qū)內(nèi)彎矩小、壓應(yīng)力成分高。上、下裂紋不重合。當(dāng)上裂紋壓入凹模時，受到凹模壁的擠壓，產(chǎn)生第二光亮帶，同時部分材料被擠出，在表面形成薄而高的毛刺（ a）所示）。當(dāng)間隙過小時，雖然塌角小、拱彎小，但斷面質(zhì)量也有缺陷。 當(dāng)間隙過大時，因為彎矩大，拉應(yīng)力成分高，材料在凸、凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋也不重合。而且，由于塌角大、拱彎大、光亮帶小、毛刺又高又厚，沖裁件質(zhì)量下降。另外，當(dāng)模具裝配間隙調(diào)整得不均勻時，模具會出現(xiàn)部分間隙過大和過小的質(zhì)量現(xiàn)象。ａ）間隙過小ｂ）間隙合理ｃ）間隙過大 間隙對剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響該制件形狀簡單，尺寸大 ，薄板材件，且大批量生產(chǎn)，屬普通沖壓件。2）制件大，從實用性角度出發(fā)考慮單獨順序排樣。 工藝方案的確定本沖件所需的基本工序為沖孔、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，模具簡單，制造容易。方案（3），復(fù)合模；生產(chǎn)率高，誤差小，生產(chǎn)不夠安全，模具復(fù)雜，制造困難。沖裁間隙的概念沖裁間隙指凸模刃口與凹模刃口之間的間隙。合理間隙指一個范圍值，最大合理間隙，最小合理間隙。其上限為最大合理聞隙，下限為最小合理間隙即合理間隙指的是一個范圍值。(2)當(dāng)工件斷面質(zhì)量及制造公差要求較高時應(yīng)選擇較小間隙值。確定合理間隙的方法計算法、經(jīng)驗法、查表法。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。、凹模具刃口尺寸計算原則但在沖裁件尺寸的測量和使用中，則是以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。 落料件的光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸。 沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。 沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。 這樣，凸、凹在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的零件。用x、Δ表示，其中Δ為工件的公差值，x為磨損系數(shù)，～１之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選取：工件精度IT10以上 X=1工件精度IT11～I(xiàn)T13 X=工件精度IT14 X= ３．不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）。一般沖模精度較工件精度高2～4級。）。但對于磨損后無變化的尺寸，一般標(biāo)注雙向偏差。對于沖制薄材料（因Zmax與Zmin的差值很?。┑臎_模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。這種加工方法的特點是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核 + ≤ 的條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。落料 應(yīng)該以凹模為基準(zhǔn)件，然后配做凸模。1200R150R340490 沖裁工藝力的計算計算沖裁力的目的是為了選用合適的壓力機、設(shè)計模具和檢驗?zāi)＞叩膹姸取＊テ胀ㄆ饺袥_裁模 ，其沖裁力 F一般可按下式計算： F＝KptLτ=Lt=系數(shù) Kp是考慮到?jīng)_裁模刃口的磨損、 凸模與 凹模間隙之波動(數(shù)值的變化或分布不均)、潤滑情況 、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)，一般取 。當(dāng)上模完成 一次沖裁后，沖入凹模內(nèi)的制件或廢料因彈性擴張而梗塞在凹模內(nèi)，模面上的材料因彈性 收縮而緊箍在 凸模上 。從凸模上刮下材料所需的力，稱為卸料力 ；從凹模內(nèi)向下推出制件或廢料所需的力，稱為推料力；從凹模內(nèi)向上頂出制件需的力，稱為 頂件力 。在實際生產(chǎn)中常采用經(jīng)驗 公式計算： (2)= (3