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儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)
.1緒論
冷沖模設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)是模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)教學(xué)中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，他是在學(xué)生學(xué)習(xí)了基本的冷沖模設(shè)計(jì)與制造理論知識(shí)以后，為了強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)的知識(shí)和提高學(xué)生的初步設(shè)計(jì)能力及實(shí)際動(dòng)手能力而開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。
冷沖模設(shè)計(jì)意在讓學(xué)生綜合運(yùn)用和鞏固本課程及有關(guān)課程的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生從事冷沖模設(shè)計(jì)與制造的初步能力。鞏固與擴(kuò)充“冷沖模設(shè)計(jì)”等課程所學(xué)的內(nèi)容，經(jīng)過實(shí)踐環(huán)節(jié)使學(xué)生能全面理解和掌握冷沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)等內(nèi)容；掌握沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)的基本方法和步驟及工藝規(guī)程編制；獨(dú)立解決在制定沖壓工藝規(guī)程、設(shè)計(jì)沖模結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問題。掌握冷沖模設(shè)計(jì)的基本技能，學(xué)會(huì)查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料和手冊(cè)，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等，完成從事沖壓技術(shù)工作的人員在冷沖模設(shè)計(jì)方面所必須具備的基本能力訓(xùn)練。
同時(shí)在冷沖模設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏實(shí)細(xì)致的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，強(qiáng)化質(zhì)量意識(shí)和時(shí)間觀念，養(yǎng)成良好的職業(yè)習(xí)慣。
1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標(biāo)準(zhǔn)化、模具設(shè)計(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1.1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億?美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長(zhǎng)18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國家。
在2萬多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)。?近年來，?模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)模具的需求量不斷增長(zhǎng)。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展工業(yè)現(xiàn)狀的重要度量工具。
近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＲ恍﹪鴥?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。
以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。
例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等等，致使相當(dāng)一部分大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具依賴進(jìn)口。
雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國尚存在以下幾方面的不足:
第一，體制不順，基礎(chǔ)薄弱。 “三資”企業(yè)雖然已經(jīng)對(duì)中國模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營企業(yè)近年來發(fā)展較快，國企改革也在進(jìn)行之中，但總體來看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，因此，行業(yè)發(fā)展還不盡如人意，特別是總體水平和高新技術(shù)方面。
??? 第二，開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對(duì)的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
?? 第三，工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低．雖然國內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控化率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題。
? 第四，專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低、協(xié)作差． 由于長(zhǎng)期以來受“大而全”“小而全”影響，許多模具企業(yè)觀念落后，模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占45%左右，其馀為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)，與國際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)模具制造周期影響尤甚。
第五，模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后．模具材料性能、質(zhì)量和品種往往會(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比，無論是質(zhì)量還是品種規(guī)格，都有較大差距。塑料、板材、設(shè)備等性能差，也直接影響模具水平的提高。? 其次，標(biāo)準(zhǔn)化水平有待提升。中國模具標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚，標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)、銷售、推廣和應(yīng)用工作相對(duì)落后，目前模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率約40%～45%，而國際上一般高于79%，中小模具則更在80%以上。
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???? 第六，模具人才需求遠(yuǎn)大于供給的窘境急需改觀。模具人才的培育本身是個(gè)長(zhǎng)期過程，且要求多年經(jīng)驗(yàn)的積累。而受限于軟硬件設(shè)施條件，一些高校培養(yǎng)出的專業(yè)學(xué)員實(shí)際技能不夠；同時(shí)，規(guī)范化職業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的缺失導(dǎo)致了社會(huì)上各類培訓(xùn)班的學(xué)員亦良莠不齊。
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???? 第七，需再接再厲，加快模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐?？偟陌l(fā)展方向仍將是，實(shí)現(xiàn)大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)總體速度；繼續(xù)擴(kuò)增塑料模和壓注模所占比例；擴(kuò)充專業(yè)模具廠家的數(shù)量及能力。
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???? 第八，加大投入以強(qiáng)化創(chuàng)新能力。骨干企業(yè)有必要配齊從模具粗加工、熱處理到各種精加工、光整加工、質(zhì)量控制與監(jiān)測(cè)等的整套設(shè)備；一般企業(yè)也應(yīng)擁有數(shù)控加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)模具制造的全自動(dòng)加工，并通過推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作強(qiáng)化創(chuàng)新力。
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???? 第九，促進(jìn)模具企業(yè)間聯(lián)合重組應(yīng)成為大勢(shì)所趨。這主要是考慮到當(dāng)前模具企業(yè)中相當(dāng)一部分為民營企業(yè)，客觀上存在先進(jìn)制模技術(shù)和設(shè)備難于導(dǎo)入的問題，這無疑加劇了在中低檔市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。
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???? 第十，海外市場(chǎng)開拓有待深化。以澳大利亞為例，該國對(duì)沖壓模具的需求看漲，中國可利用自身在這方面的技術(shù)裝備優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步開拓國際市場(chǎng)。
1.1.2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來的十年，中國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:????
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
(2)高速銑削加工
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。另外，還可加工高硬度模塊，還具有溫升低、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
(4)電火花銑削加工
電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數(shù)控銑一樣)，因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計(jì)這一技術(shù)將得到發(fā)展。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
(7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化
模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
(8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展
這是我國長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
1.2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清潔環(huán)保的特性，是其他加工制造方法所無法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并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。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為600～650億美元左右。美國、日本、法國、瑞士等國家年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才，他們的技術(shù)水平比較高．故人均產(chǎn)值也較高．我國每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國才達(dá)到45％．
1.3 儀表指針模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一，它是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序。它包括落料、沖孔、切邊、修邊、切舌、剖切等工序，其中落料和沖孔是最常見的兩種工序。沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可直接沖出成品零件，還可以對(duì)已成形的工件進(jìn)行再加工。普通沖裁加工出來的制件的精度不高，一般情況下，沖裁件的尺寸精度應(yīng)在IT12級(jí)以下，不宜高于IT10級(jí)。
彎曲是利用金屬的塑性變形,將板料、棒料、型材或管材等按設(shè)計(jì)要求彎成一定曲率和一定角度的零件的一種沖壓工序。它屬于成形工序,是沖壓加工的基本工序之一。
只有加強(qiáng)沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法，才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決沖裁變形中出現(xiàn)的各種實(shí)際問題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。
導(dǎo)向板是典型的沖壓件，該模具工作過程是簡(jiǎn)單的沖孔落料，根據(jù)零件圖的結(jié)構(gòu)和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型.因此，綜合考慮各種因素后采用連續(xù)級(jí)進(jìn)模。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架，判斷此次沖裁能不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架。為了保證制件的順利加工和順利取件，模具必須有足夠高度。要改變模具的高度，只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度,改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度的同時(shí),還要注意保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度. 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長(zhǎng)度決定．設(shè)計(jì)時(shí)可能高度出現(xiàn)誤差，應(yīng)當(dāng)邊試沖邊修改高度。
1.4 儀表指針模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間10天；
2.確定加工工藝方案，所用時(shí)間5天；
3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天．
2、 任務(wù)與分析
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書
圖1-1
制作如圖1-1所示，為一儀表指針零件，材料為L(zhǎng)Y12，厚為t=0.3mm，產(chǎn)量為12萬件/年。
2.2 沖裁件工藝分析
從沖裁件的機(jī)構(gòu)工藝性和沖裁件的精度和斷面粗糙度兩個(gè)方面進(jìn)行分析。
2,2.1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性
表1-1 沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性分析表
工藝性質(zhì)
沖裁件工藝項(xiàng)目
工藝性允許值
工藝性評(píng)價(jià)
1.零件結(jié)構(gòu)
該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單尺寸較小，厚度適中。大批量，適合沖裁。
2.落料圓角半徑
未注圓角
≥0.18t
符合工藝性
3.沖裁件上的懸臂
5
≥（0.75～0.8）t
符合工藝性
4.沖裁件方孔的最小尺寸
2
≥0.5t
符合工藝性
5.最小孔邊距、孔間距
1
≥t
符合工藝性
6.材料
YL12
料厚t=0.3mm
具有良好的沖壓性能
2,2.2 尺寸精度與斷面粗糙度
零件圖未標(biāo)注尺寸公差，均為自由公差，按IT13級(jí)計(jì)算公差，利用普通沖裁方式可以達(dá)到零件圖樣要求
表面粗糙度：制件零件圖上未標(biāo)注表面粗糙度，可認(rèn)為對(duì)其表面沒有特殊要求，一般為Ra12～55μm，適合用于沖裁。
2.3 沖壓工藝方案的確定
該零件包括沖孔和落料兩個(gè)基本工序，有一下三種方案可以采用：
方案1：先沖孔，后落料，采用單工序模生產(chǎn)。
方案2：沖孔-落料復(fù)合沖裁，采用復(fù)合模生產(chǎn)。
方案3：沖孔，落料連續(xù)生產(chǎn)，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)。
方案1：模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要兩套模具生產(chǎn)，在大批量生產(chǎn)時(shí)難以滿足需要，且零件精度不高。
方案2：零件精度高，平直度較好，生產(chǎn)效率也高，但因孔邊距太小，模具的強(qiáng)度不能保證。
方案3：采用導(dǎo)料銷定距可以滿足零件精度要求，避免模具強(qiáng)度不夠的問題，模具操作安全，生產(chǎn)效率高。
所以本任務(wù)設(shè)計(jì)采用級(jí)進(jìn)模沖裁方式
2.4 沖壓工藝計(jì)算
2.4.1排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
該零件材料厚度較薄，尺寸小，根據(jù)工件特點(diǎn)采用如圖1-2所示的排樣方法。
圖1-2 排樣圖
查表6-1-9工件間搭邊值=1.68，邊緣搭邊值a=2.1，條料寬度偏差查表6-1-11，取Δ=0.5，導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙，查6-1-13，取Z=0.5mm。查6-1-12，取=1.5mm，y=0.1mm。另因采用的IC型側(cè)刃，故料寬每邊需增加燕尾形切入深度a′=0.5mm。因此條料寬度為
B=(D +2a+2a+nb)
= (57+2*2.1+2*0.5+2*1.5) mm
=65.2mm
沖裁后廢料寬度為
B=D+2a+2 a′
= (57+2*2.1+2*0.5) mm
=62.2mm
進(jìn)距為
s= 20mm + 1.68mm =21.68mm
導(dǎo)料板間距為
B′= B + Z = 65.2mm + 0.5mm = 65.7mm
B′= B+ y = 62.2mm + 0.1mm = 62.3mm
由零件圖近似算得一個(gè)零件的面積為A= 704mm，一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的坯料面積
B*s = 65.2mm * 21.68mm = 1452.5mm。因此材料利用率為：
η= A/(Bs)*100% = 704/1452.5*100% ≈ 48%
2.4.2凹、凸模刃口尺寸計(jì)算
（1）落料凹模刃口尺寸
由于材料博，模具間隙小，故凹、凸模采用配合加工為宜，選擇凹模為制造基準(zhǔn)件，根據(jù)凹模制造出的實(shí)際尺寸按所需的間隙配合凸模，
在凸模的零件圖上按凹模各對(duì)應(yīng)尺寸標(biāo)注基本尺寸，并注明按凹模實(shí)際刃口尺寸配合加工，保證雙面間隙值0.012～0.018mm（查表6-1-1）。
表1-2 落料凹模刃口尺寸
沖裁件尺寸精度查表均為IT13級(jí)，查表6-1-1取沖裁模初始雙面間隙Z=0.018，Z=0.012
尺寸性質(zhì)
工件尺寸
磨損系數(shù)
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
凹模尺寸注為
1.凹模磨損后變大的尺寸
5
0.75
A=(A-X)+0.25
5.45
5.45
10
0.75
10.05
10.05
6
0.75
6.045
6.045
8
0.75
8.05
8.05
22±0.33
0.75
21.83
21.83
2.凹模磨損后無變化的尺寸
1±0.14
1
C=(C+0.5) ±0.125
1±0.135
1±0.135
2.4.3沖孔凹模刃口尺寸計(jì)算
沖孔凹模的形狀簡(jiǎn)單，但尺寸較小，為保證凹、凸模的合理間隙采用分開加工方法，可用公式=d=(d+X+Z)計(jì)算其凹模刃口尺寸，凸模刃口尺寸與凹模配作。
10 ｄ=(10+0.75*0.1+0.03)mm=10.105
（3）側(cè)刃孔尺寸可按公式A= (A+0.5Z)計(jì)算，去=0.02，則
A=(A+0.5Z)=(21.68+0.5*0.03)=21.695mm
2.5計(jì)算沖壓力、壓力中心，初選壓力機(jī)
沖裁力：根據(jù)零件圖可算得一個(gè)零件內(nèi)外周邊之和=170mm，側(cè)刃沖切長(zhǎng)度=13.8mm，根據(jù)排樣圖沖模兩件和雙側(cè)刃布置，故總沖裁長(zhǎng)度L=(170+13.8)*2mm = 367.6mm.又=255MPa，t=0.3mm，取K=1.3，則
F = KLt= 1.3*367.6*0.3*255N = 36557.82N
卸料力：查表6-1614取 = 0.06 則
F= KF = 0.06*36557.82 N = 2193.5 N
推件力：根據(jù)材料厚度取凹模刃口十壁高度h = 5 mm，故
n = h/t = 5/0.3 = 16 。查表6-1-14取 = 0.07，則
F = nKF = 16*0.07*36557.82 N = 40944.8N
總沖壓力：
F= F + F + F = 36557.82 + 2193.5 +40944.8N = 79696 ≈ 80kN
應(yīng)選取的壓力機(jī)標(biāo)稱壓力：P≥（1.1～1.3）=（1.1～1.3）*80kN
=88～104kN，因此可選壓力機(jī)型號(hào)為JG23-40。
因沖裁件尺寸較小，沖裁力不大，且選用了對(duì)角導(dǎo)柱模架，受力平衡，估計(jì)壓力中心不會(huì)超出模柄端面積之外，故不必詳細(xì)計(jì)算壓力中心的位置。
2.6 模具結(jié)構(gòu)的確定，畫出模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.6.1模具類型
由沖壓工藝分析可知，模具類型為沖孔-落料級(jí)進(jìn)模。
2.6.2操作與定位方式
采用手工送料方式能夠達(dá)到要求，且能降低模具成本。考慮零件尺寸、料厚較薄，為了方便于操作，保證質(zhì)量，采用導(dǎo)料板導(dǎo)向、側(cè)刃定距的定位方式。為了件小料頭和料尾消耗和提高定距的可靠性，采用雙側(cè)刃前后對(duì)角分布。
2.6.3卸料與出件方式
考慮零件厚度較薄，采用彈性卸料方式。為了便于操作、提高生產(chǎn)率，制件的出件方式采用由凸模直接從凹?？淄葡碌南鲁黾绞健?
2.6.4模架類型及精度
由于連接厚度薄，沖裁間隙小，因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的對(duì)角導(dǎo)柱模架?？紤]零件精度要求不是很高，但沖裁間隙小，因此采用I級(jí)模架精度。
2.7模具零部件設(shè)計(jì)
2.7.1凹模設(shè)計(jì)
凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘，銷釘與夏末做固定的固定方式。。凹模輪廓尺寸計(jì)算如下：
凹模厚度 H=Kb=0.22×57=12.54mm 取H=13m
其中凹模厚度系數(shù)K查表6-1-23為0.22
凹模壁厚 c=(1.5-2)H=（19.5—26）mm
凹模長(zhǎng)度 L=b+2c=57+26×2=109mm
凹模長(zhǎng)度 L=110mm 凹模寬度 B=25+52=77mm
根據(jù)算的的凹模模輪廓尺寸，查表7-10-1，選取與計(jì)算值相接近的標(biāo)準(zhǔn)凹模板輪廓尺寸為L(zhǎng)*B*H=125*100*30.
凹模的材料選用CrWMn，工作部分熱處理淬硬60～64HRC。
凹模
2.7.2沖孔凸模設(shè)計(jì)
沖孔10的凸模為圓形凸模，為方便裝配修模，采用臺(tái)階式凸模，與凸模固定板的配合按H7/m6。材料選用Cr12，熱處理硬度為58~62 HRC，
其總長(zhǎng) L=h+h+t+h
=20+16+0.3+27.9
=64.3mm
h——凸模固定板厚度，取h=20mm；
h——卸料板厚度，取h=16mm；
t ——材料厚度，為0.3mm；
h——增加長(zhǎng)度：包括凸模的修模量，凸模進(jìn)入凹模的深度，凸模固定板與卸料板之間的安全距離等，取h=27.9mm。
凸模結(jié)構(gòu)如圖4所示：
2.7.3落料凸模
結(jié)合工件外形并考慮加工，將落料凸模設(shè)計(jì)成直通式，材料選用Cr12，熱
處理硬度為58~62HRC，用2個(gè)M8螺釘固定在墊板上，與凸模固定板的配合按
H6/m5。落料凸模下部有一用于安裝導(dǎo)正銷的孔
2.8定位零件的選擇
落料凸模下部設(shè)置一個(gè)導(dǎo)正銷，借用工件上10mm孔作導(dǎo)正孔，10mm導(dǎo)正孔的導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)如圖7所示。導(dǎo)正應(yīng)該在卸料板壓緊板料之前完成導(dǎo)正，考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面1mm，所以導(dǎo)正銷直線部分的長(zhǎng)度取3mm。導(dǎo)正銷用H7/h6安裝在落料凸模端面，并用M10螺釘固定，導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用H7/h6配合。
起粗定距的活動(dòng)擋料銷，彈簧和螺栓選用標(biāo)準(zhǔn)件，規(guī)格為816。擋料銷擋料銷與導(dǎo)正銷的中心距為 S=S-++0.1=28.8mm
S——步距
D——落料凸模直徑
D——擋料銷頭部直徑
導(dǎo)正銷材料選用Cr12，淬硬HRC52~56。
導(dǎo)正銷
第一次沖壓時(shí)模具需要用始用擋料銷進(jìn)行定位，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)始用擋料銷與Φ26孔的垂直距離為11.8mm，采用標(biāo)準(zhǔn)件，材料為45鋼。
2.9導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)
導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸，外側(cè)和凹模齊平，導(dǎo)料板與條料之間的間隙取1mm，這樣就可以確定導(dǎo)料板的寬度，導(dǎo)料板的厚度取8mm，導(dǎo)料板采用45鋼制作，熱處理硬度為40~45HRC，用螺釘和銷釘固定在凹模上，導(dǎo)料板的進(jìn)料端安裝有承料板。可知導(dǎo)料板的寬度為2×23mm。
圖 8
3.卸料部件的設(shè)計(jì)
3.1卸料板的設(shè)計(jì)
卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同，厚度為16mm，卸料板采用45鋼制造，淬火硬度為40~45HRC。
卸料板凸臺(tái)部分的高度為h=H-（0.1～0.3）t=7.5mm
式中：h ——卸料板凸臺(tái)高度；
H ——導(dǎo)料板高度；
t——板料厚度；
凸臺(tái)部分和導(dǎo)料板之間的距離為1mm，則凸臺(tái)部分的寬度為171.5mm。
查表2.9.11得彈壓卸料板與凸模的單邊間隙值取0.15mm。當(dāng)卸料板起導(dǎo)向作用時(shí)，卸料板按H7/h6配合制造，在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3mm～0.5mm，以便順利卸料。卸料板上各尺寸的公差根據(jù)凸模的尺寸按照H7/h6，則得各尺寸公差分別為Φ26.3，45.3，44.3，R10.15，120.3，卸料板的具體結(jié)構(gòu)見附圖。
3.2卸料螺釘?shù)倪x用
卸料板上設(shè)置4個(gè)卸料螺釘，公稱直徑為12mm，螺紋部分為M10×10mm。卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間。卸料螺釘擰緊后，應(yīng)使卸料板超出凸模端面1mm，有誤差時(shí)通過在螺釘和卸料板之間安裝墊片來調(diào)整。
3.3模架及其他零部件設(shè)計(jì)
該模具采用中間導(dǎo)柱模架，這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置，沖壓時(shí)可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。以凹模周界尺寸為依據(jù)，選擇模架規(guī)格。
導(dǎo)柱采用B型導(dǎo)柱，導(dǎo)柱d/mm×L/mm分別為Ф32×190，Φ35×190；導(dǎo)套采用A型導(dǎo)套，導(dǎo)套d/×L/mm×D/mm分別為Φ32×115×45，Φ35×115×50。材料選用T8鋼，淬火硬度HRC58～62。
上模座厚度H上模取50mm，上模墊板厚度H墊取10mm，固定板厚度H固取20mm，下模座H下模取60mm，所以，該模具的閉合高度H閉：
H閉=H上模+H墊+L+H+H下模-h2
=（50+10+66+30+60-2）mm
=214mm
式中：L——凸模長(zhǎng)度，L=66mm；
H——凹模厚度，H=30mm；
h 2——凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度，h2=2mm。
可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)J23—35的最大裝模高度（230mm），可以使用。
上模坐周界尺寸為220×200×50mm，下模座周界尺寸為220×200×60mm材料選用HT200。
4. 其他標(biāo)準(zhǔn)件的選擇
4.1 卸料螺釘：
選4個(gè)圓柱頭內(nèi)角卸料螺釘M12×90 GB2867.5—81
螺 釘
4.2 連接上模座與凸模固定板的螺釘，銷釘：
選圓柱頭內(nèi)六角螺釘： M12×70 GB70—76 4個(gè)
圓柱銷釘：Φ8×70 GB119—76 4個(gè)
4.3模柄的緊固螺釘：
選螺釘：M6×20 GB71—85 2個(gè)
4.4 連接凹模與下模座的螺釘，銷釘：
螺釘：M12×60 GB70—76 4個(gè)
銷釘：Φ8×70 GB119—76 4個(gè)
銷 釘
模具總裝圖\
5.總結(jié)
大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于冷沖模具、塑料模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富和加深了對(duì)各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下，我們對(duì)于模具的設(shè)計(jì)和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體并查閱了很多相關(guān)資料，通過這些實(shí)踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關(guān)手冊(cè)和書籍，更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問題，鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計(jì)工作者應(yīng)有的素質(zhì)。
設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會(huì)完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請(qǐng)各位老師指正。
6. 參考文獻(xiàn)
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[10]曾正名 《實(shí)用鋼鐵材料便查手冊(cè)》 中國電力出版社
[11]翟德梅 《模具制造技術(shù)》
7.致 謝
首先感謝本人的導(dǎo)師楊占堯老師，他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。楊占堯老師淵博的知識(shí)，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，特別是遇到困難時(shí)，他給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗趙建良同學(xué)，和他在一起討論、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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