【正文】 析及方案的確； 3. 完成沖壓模具的設(shè)計(jì)計(jì)算； 4. 寫出不少于 2萬字的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書并按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)打印、裝訂。 研究方法 1. 查閱有關(guān)文獻(xiàn)及資料結(jié)合已學(xué)知識完成沖壓零件的工藝分析及方案的確定，進(jìn)行必要的計(jì)算。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)院（直屬系）： 材料科學(xué)與工程 時(shí)間： 2021329 學(xué) 生 姓 名 陳翔宇 指 導(dǎo) 教 師 曹建新 設(shè)計(jì)題目 發(fā)動機(jī)油箱底殼零件沖壓工藝分析與模具設(shè)計(jì) 主要研 究內(nèi)容 通過查閱有關(guān)文獻(xiàn)及資料，了解目前沖壓模設(shè)計(jì)常用方法，綜合運(yùn)用所學(xué)知識與實(shí)踐知識，查閱設(shè)計(jì)手冊和資料，熟練掌握沖壓模具設(shè)計(jì)方法。 主要內(nèi)容： 1．沖壓零件工藝性分析； ； 部分設(shè)計(jì)計(jì)算； ； 圖及相關(guān)零件圖； 。 2. 用 CAD、 CAXA或其他繪圖軟件繪制模具裝配圖及相關(guān)零件圖。 教研室 意見 教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日 說 明：一式兩份， 一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi) ，一份交學(xué)院（直屬系）。本 設(shè)計(jì) 是沖孔和拉深的模具。 關(guān)鍵詞： 拉深，沖孔，成型鑲塊，拉伸筋。 在 吸收了力學(xué)、數(shù)學(xué)、金屬材料學(xué)、機(jī)械科學(xué)以及控制、計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(shí)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(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計(jì)算機(jī)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(jì)效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個(gè)新的高度。隨 著國民經(jīng)濟(jì)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(gè)模具設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)、汽車制造公司開始研究計(jì)算機(jī)在模具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)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(diǎn)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 2021 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(jī)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（ Fiool）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(jì)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(diǎn)將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個(gè)方面。 的主要特點(diǎn)及意義 該 設(shè)計(jì) 主要針對 汽車發(fā)動機(jī)油底殼 零件 的沖壓模具設(shè)計(jì)，難點(diǎn)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(bǔ)充 前言 油底殼是現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)中不可缺少的組 成部分。合理的油底殼可促進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，體積縮小，質(zhì)量減輕。 汽車發(fā)動機(jī)的材料是其設(shè)計(jì)水平高低、品質(zhì)優(yōu)劣、質(zhì)量大小和競爭力強(qiáng)弱的基礎(chǔ)之一。近年來，聚酰胺玻璃纖維增強(qiáng)尼龍工程 材料（ 型超級尼龍）如 PA66+GF35%、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 PA6+GF35%等已成為汽車發(fā)動機(jī)油底殼的輕量化的新材料之一。尤其是塑料材料的形狀變化自由度大，塑料材料制成的油底殼具有能夠集成油道、吸油管、機(jī)油過濾器、單獨(dú)的備用油口和防濺板等優(yōu)點(diǎn)，使其成為兼顧耐熱性和高剛度的一體化的功能零部件材料。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(jī)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(jī)油底殼材料的發(fā)展歷史 汽車發(fā)動機(jī)油底殼材料和相應(yīng)的工藝的發(fā)展歷程是： 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。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 第二章 發(fā)動機(jī)油底殼成型工藝的總體分析 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(diǎn)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(shí) 圖 21 零件圖 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 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(qiáng)度極限，這直接關(guān)系到制件的質(zhì)量和成本。 由參考文獻(xiàn) [1]可知： 2 24 67603 14 67848 31 67 22bh2 36 67bh2121????????brbr 式中： 1r 為左側(cè)面角部圓角半徑 2r為右側(cè)面角部圓角半徑 1h為左側(cè)工 件高度 2h為右側(cè)工件高度 b 為盒形件短邊寬度 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 通過查文獻(xiàn) [1]中的 472圖可知，此零件左側(cè)成型接近區(qū)域 II b 的盒形件成型，右側(cè)接近區(qū)域 II c 的盒形件成型，階梯 部位過渡區(qū)域成型條件尚可，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)推斷，若適當(dāng)加大凹模圓角半徑，此零件可一次拉深成型，若分兩次拉深，成型難度加大模具易失敗，制件質(zhì)量將難以保證。 拉深時(shí)圓角部分的變形程度仍用拉深系數(shù)表示： 式中 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體直徑； D 為與圓角部相應(yīng)的圓筒體展開毛坯直徑。 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(bǔ)充拉深件的變形解析： 從幾何形狀特點(diǎn)看，矩形盒狀零件可劃分成 2 個(gè)長度為 (A2r) 和 2 個(gè)長度為 (B2r) 的直邊加上 4 個(gè)半徑為 r 的 1/4 圓筒部分 (圖 22) 。但實(shí)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(diǎn)，這可通過網(wǎng)格試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。變形前直邊處的橫向尺寸是等距的，即 ，縱向尺寸也是等距的，拉深后零件表面的網(wǎng)格發(fā)生了 明顯的變化 (如圖 22 所示 ) ?？梢姡颂幍淖冃尾煌诩兇獾膹澢?。同心圓弧的間距不再相等，而是變大，越向口部越大，且同心圓弧不位于同一水平面內(nèi)。 根據(jù)網(wǎng)格的變化可知盒形件拉深有以下變形特點(diǎn)： (1) 盒形件拉深的變形性質(zhì)與圓筒件一樣，也是徑向伸長，切向縮短。即盒形件的變形是不均勻的。在圓角部的中點(diǎn) 最大，向兩邊逐漸減小，到直邊的中點(diǎn)處 最小。又因圓角部材料在拉深時(shí)容許向直邊流動，所以盒形件與相應(yīng)的圓筒件比較，危險(xiǎn)斷面處受力小，拉深時(shí)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(shí)，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。模擬計(jì)算得到的變形終了厚度最薄處為 （ t 為拉深板料厚度， mm），由此可知該零件可以一次拉深成功。 工藝流程的最終確定 通過計(jì)算及分析模擬實(shí)驗(yàn)確定了發(fā)動機(jī)油底殼成形的拉深次數(shù)。當(dāng)相對高度 H/B 大時(shí)，圓角部分對直邊部分的影響就大，直邊部分的變形與簡單彎曲的差別就大。對于不同的 r/B 和 H/B ，盒形件毛坯的計(jì)算方法和工序計(jì)算方法也就不同。一次拉深成形的低盒形件與多次拉深成形的高盒形件，計(jì)算毛坯的方法是不同的。 高盒形件 (H ≥) 毛坯的計(jì)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(jì)算。 對高度和圓角半徑都比較大的盒形件 (H/B≥～ ) ，拉深時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)算，前述的各中間拉深工序的半成品形狀和尺寸的計(jì)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(diǎn)，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(jì)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 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 第三章 拉深及 法 蘭 面 沖孔的 工藝分析和 模具 設(shè)計(jì) 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(shí)，稱為落料 。同時(shí)，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(shí)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(gè)階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。 (c)．?dāng)嗔逊蛛x階段 (圖 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。圖中 OA 段是沖裁的彈性變形階段； AB 段是塑性變形階段， B 點(diǎn)為沖裁力的最大值，在此點(diǎn)材料開始剪裂， BC 段為微裂紋擴(kuò)展直至材料分離的斷裂階段，CD段主要是用于克服摩擦力將沖件推出凹?？卓跁r(shí)所需的力。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。零件外形應(yīng)該滿足圖紙要求；表面盡可能平直，即拱彎小。 沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素 由于沖裁變形的特點(diǎn)，沖裁件的斷面明顯地分成四個(gè)特征區(qū)，即圓角帶a、光亮帶 b、斷裂帶 c 與毛刺區(qū) d，如圖 所示。通常占全斷面的 1/21/3； 斷裂帶 c ：該區(qū)域是在斷裂階段形成。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 毛刺區(qū) d ：毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時(shí)，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分是高靜水壓應(yīng)力狀態(tài)，使裂紋的起點(diǎn)不會在刃尖處發(fā)生，而是在模具側(cè)面距刃尖不遠(yuǎn)的地方發(fā)生，在拉應(yīng)力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺， 裂紋的產(chǎn)生點(diǎn)和刃口尖的距離成為毛刺的高度。 a） 沖孔件 b）落料件 圖 沖裁區(qū)應(yīng)力、變形和沖裁件正常的斷面狀況 在四個(gè)特征區(qū)中，光亮帶越寬，斷面質(zhì)量越好。 間隙對剪切裂紋與斷面質(zhì)量的影響 模具間隙的影響 沖裁時(shí)，斷裂面上下裂紋是否重合，與凸、凹模間隙值的大小有關(guān)。 當(dāng)間隙增大時(shí)，材料內(nèi)的拉應(yīng)力增大，使得拉伸斷裂發(fā)生早，于是斷裂帶變寬；光亮帶變窄；彎曲變形增大，因而塌角和拱彎也增大。由凹模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進(jìn)入凸模下面的壓應(yīng)力區(qū)而停止發(fā)展；由凸模刃口附近產(chǎn)生的裂紋進(jìn)入凹模上表面的壓應(yīng)力區(qū)也停止發(fā)展。在兩條裂紋之間的材料將被第二次剪切。 當(dāng)間隙過小時(shí)，雖