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摘 要
該套模具制造簡(jiǎn)單,但需要多套模具,效率低、流程路線太長(zhǎng),過(guò)程分離,更難保證零件的精度和技術(shù)要求,并且過(guò)程自動(dòng)化程度不高,生產(chǎn)成本也非常高,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機(jī)械加工的需求。所以為了解決這種問(wèn)題,針對(duì)沖壓工藝和矩形盒拉深過(guò)程,首先介紹了盒形件冷沖壓成形過(guò)程，通過(guò)對(duì)盒形件的批量生產(chǎn)、零件質(zhì)量、零件結(jié)構(gòu)以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能為前提，等設(shè)計(jì)出三種不同的沖壓工藝方案并且分析和比較的形成過(guò)程包括單一過(guò)程,復(fù)雜的過(guò)程和持續(xù)的過(guò)程也就是我們常說(shuō)的單工序、復(fù)合工序和連續(xù)工序,最終確定用一套復(fù)合模完成落料、拉深、沖底面矩形孔，翻邊的工序過(guò)程。精加工沖壓方法,力的計(jì)算,模具尺寸和公差,和設(shè)計(jì)模具。一份詳細(xì)的零件清單和所需的模具,并給出一個(gè)合理的裝配圖。給未來(lái)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考，借鑒執(zhí)筆的成效。
關(guān)鍵詞：盒形件；拉伸；復(fù)合模；模具設(shè)計(jì)
Abstract
The mold manufacturing is simple, but need more sets of molds, low efficiency, process route is too long, the separation process, more difficult to guarantee precision parts and technology, and process automation degree is not high, the production cost is also very high, has been unable to meet the demand of modern machining. So in order to solve this problem, the stamping process and the deep drawing process of rectangular box, introduced the process of cold stamping parts box.So in order to solve this problem, in view of the stamping process and the rectangular box deep drawing process, cold stamping process, the box parts are introduced through the quality of mass production of box parts, parts, parts structure as well as the use requirement analysis the box shaped parts of the mass production, quality components, parts structure and analysis, requirements of the study, in accordance with the use of performance is not reduced, will determine its stamping parts, three stamping process analysis and comparison of different process involves the formation of a single process, complex process and continuous process is what we often say that the single processes, complex processes and continuous processes, determined by a set of compound die blanking, drawing, punching bottom moment face process. Fine punching method, calculation of the force, mold dimensions and tolerances, and die design. A detailed list of parts and tooling required, and gives a reasonable assembly. By making full use of modern mould manufacturing technology to the traditional mechanical parts for structural improvement, optimization design, optimization of process method can greatly improve the production efficiency, this method has a certain reference value to the similar products.Provide a reference for the future design, drawing pen effect. Hope this design can be a template for future design data, also contribute to the mechanical industry in our country, makes our country mechanical industry more and more developed, the development of getting better and better.
Keywords: Rectangular box; tensile; compound die; die design
目 錄
引言 1
1 分析零件的工藝性 2
1.1 模具前瞻介紹 2
1.2 盒形件零件分析 2
2 確定工藝方案 4
2.1 工藝計(jì)算并分析 4
2.2 計(jì)算毛坯尺寸 4
2.3 確定工藝方案 7
3 主要工藝參數(shù)的計(jì)算 8
3.1 確定排樣和沖裁板料的方案 8
3.2 計(jì)算工藝力及初選設(shè)備 10
3.2.1 計(jì)算工藝中的各個(gè)力 10
3.2.2 初步選擇壓力機(jī) 13
3.2.3 計(jì)算凸、凹模刃口尺寸及公差 14
4 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4.1 模具工作部分的尺寸計(jì)算 18
4.1.1 落料凹模的計(jì)算 18
4.1.2 拉伸沖孔凸凹模 19
4.1.3 落料拉伸凸凹模 20
4.1.4 上墊板 21
4.1.5 壓邊圈 22
4.1.6 卸料導(dǎo)料板 23
4.1.7 凸模固定板 24
5 模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 26
5.1 定位方式的選擇 26
5.1.1 卸料裝置與出件方式的選擇 26
5.1.2 模架的選用 28
5.1.3 模具的閉合高度 28
6 選定沖壓設(shè)備 29
7 模具的裝配與調(diào)試 30
7.1 復(fù)合模的裝配 30
7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 32
7.3 沖裁模具的調(diào)試 32
8 結(jié)論 33
謝 辭 34
參考文獻(xiàn) 35
引言
作為一個(gè)經(jīng)過(guò)多次調(diào)查的結(jié)果，分析得出：這近幾十年來(lái)，我們國(guó)家的各個(gè)領(lǐng)域的不同企業(yè)都存在著不同程度上的進(jìn)步和改變發(fā)展水平，都在向國(guó)際模具市場(chǎng)靠攏，在我們國(guó)家模具行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的正確引導(dǎo)下，咱們模具行業(yè)無(wú)論是市場(chǎng)占有還有成為主要的產(chǎn)業(yè)都在倍到而進(jìn)的發(fā)展進(jìn)行時(shí)。我查閱資料后發(fā)現(xiàn)，有一份前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的報(bào)告，上面是這樣分析并預(yù)測(cè)我國(guó)模具行業(yè)今后發(fā)展的:“我國(guó)現(xiàn)在的模具有75％的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50％的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型”[[] 前瞻商業(yè)咨詢有限公司.模具制造行業(yè)分析報(bào)告[M].深圳：前瞻商業(yè)咨詢有限公司，2014；350.
]。
現(xiàn)在，冷沖壓在模具制造工藝中目前已經(jīng)成為一種先進(jìn)和常常使用的金屬加工方法。所以說(shuō)，加工并且設(shè)計(jì)冷沖壓模具是現(xiàn)在模具制造業(yè)中很重要的一部分內(nèi)容。由于引入了CAE，沖壓成形已從原來(lái)的對(duì)應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝過(guò)程的模擬與分析，以實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。在沖壓設(shè)計(jì)中有一個(gè)環(huán)節(jié)叫做毛坯，在設(shè)計(jì)的毛坯展開(kāi)中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以使得排樣、拉深這兩項(xiàng)工序的毛坯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，對(duì)沖壓成形性能和成形極限的研究理論，沖壓件成形難度的判定以及成形預(yù)報(bào)等技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)沖壓理論來(lái)指導(dǎo)科學(xué)階段分析階段的實(shí)驗(yàn)，使沖壓到開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助工程和智能化的方法。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)，是完全適合中國(guó)國(guó)情，具有高水平的模具，設(shè)計(jì)師和制造商必須不斷地學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)與制造的最新知識(shí)，敢于創(chuàng)新。我國(guó)現(xiàn)在有很多的模具標(biāo)準(zhǔn)件，包括模具和引導(dǎo)，推動(dòng)桿，如標(biāo)準(zhǔn)件，這為實(shí)現(xiàn)中國(guó)的模具行業(yè)可能的發(fā)展。
與此同時(shí)，模具CAD/CAM/CAE的這項(xiàng)技術(shù)在模具技術(shù)發(fā)展中是屬于比較重要的地位。目前，普遍獲得CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)基本成熟。CAD/CAE/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助工程和輔助制造)技術(shù)轉(zhuǎn)變[[] 陳輝.李名堯.吳春華.模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展及軟件應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，06：.
]。美國(guó)率先將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于模具工業(yè),實(shí)現(xiàn)模具CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng),達(dá)到提高模具設(shè)計(jì)效果與加工質(zhì)量、有效提高生產(chǎn)周期的目的[2]。這樣子的話，我國(guó)現(xiàn)在的這項(xiàng)技術(shù)還不是很成熟，但已經(jīng)走上軌道，并且未來(lái)的前景非常好，對(duì)模具這個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是一次突破性的提升。作為當(dāng)代大學(xué)生的我們，也需要掌握更多的知識(shí)來(lái)補(bǔ)充自己，不斷學(xué)習(xí)。在我們的課程里面有一門學(xué)科就是關(guān)于CAD/CAM的。
本次設(shè)計(jì)的題目是盒形件沖壓工藝分析及復(fù)合模設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是模具工藝分析以及復(fù)合模具設(shè)計(jì)的部分。在模具制造中的材料的選擇，以滿足負(fù)荷使用廉價(jià)的材料，盡可能的更先進(jìn)的模具材料。這不僅可以生產(chǎn)出合格的模具設(shè)計(jì)，也可以充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)要為發(fā)展工業(yè)提供技術(shù)支持。在對(duì)選題的分析和設(shè)計(jì)過(guò)程是通過(guò)我大學(xué)這四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的全部運(yùn)用以及通過(guò)上學(xué)期末生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐所得的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合得出了本次論文的內(nèi)容。
1 分析零件的工藝性
1.1 模具前瞻介紹
首先我想要說(shuō)一說(shuō)我們國(guó)目前模具的發(fā)展?fàn)顩r，出現(xiàn)了那些問(wèn)題或者是目前我們國(guó)家比較注重模具的哪些方面。我先從模具的質(zhì)量問(wèn)題談?wù)勎业南敕ǎ何艺J(rèn)為模具的質(zhì)量主要是集中出現(xiàn)在精度和壽命這兩個(gè)方面中，另外也包括結(jié)構(gòu)和外觀這個(gè)方面下。還有一個(gè)方面就是維修和后期的保養(yǎng)。在模具行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者們都很清楚，評(píng)判這一套是否是好模具和創(chuàng)新型的模具，著重于這套模具在維修這方面是不是很方便，后期的一個(gè)保養(yǎng)是不是很劃算。那么現(xiàn)在我們國(guó)家按照這樣的一個(gè)狀況來(lái)說(shuō)，主要是沖壓件生產(chǎn)的批量不是很多，從而形成了我國(guó)沖壓模具在咱們國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)中在使用壽命這一方面，對(duì)待這個(gè)壽命問(wèn)題，提出的解決方案和處理方法都不是很有成效，創(chuàng)新度不夠。再加上精度達(dá)不到技術(shù)要求、所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)又存在不合理、外觀不好看這些問(wèn)題往往會(huì)使質(zhì)量這個(gè)因素成為主要問(wèn)題。其次我想說(shuō)一說(shuō)按現(xiàn)在的情況來(lái)看，我國(guó)的模具行業(yè)比國(guó)外的要落后，要不先進(jìn)。雖然存在著起步就差很遠(yuǎn)的情況在。但是我國(guó)也必須努力向前看，多多培養(yǎng)這方面的人才，多向國(guó)外學(xué)習(xí)，在現(xiàn)代化的大道上稱為模具行業(yè)的引導(dǎo)著，實(shí)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的自動(dòng)化。使得我國(guó)模具和國(guó)際接軌。這就需要開(kāi)發(fā)、整理、推進(jìn)CAD/CAM/CAE這項(xiàng)技術(shù)。讓這項(xiàng)技術(shù)帶著我國(guó)模具行業(yè)更上一層樓。同時(shí)也要兼顧模具檢測(cè)設(shè)備朝著精密、高效和多功能的方向持續(xù)發(fā)展11。最后我想說(shuō)一說(shuō)。在我搜索相關(guān)知識(shí)時(shí)，我知道了。先進(jìn)的模具只有配備先進(jìn)的壓力機(jī)和優(yōu)質(zhì)的材料，才能充分發(fā)揮作用，做出一流產(chǎn)品，取得高的經(jīng)濟(jì)效益。相信我國(guó)的模具行業(yè)發(fā)展會(huì)越來(lái)越壯大，我國(guó)模具行業(yè)一定會(huì)很好的度過(guò)這個(gè)尷尬階段，前面發(fā)展的道路會(huì)一直光明。
1.2 盒形件零件分析
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過(guò)程中加工的難易程度[] 杜東福.冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1990.
。雖然沖壓加工工藝過(guò)程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗(yàn)—組合、包裝的全過(guò)程，但分析工藝性的重點(diǎn)要在沖壓加工工序這一方面中。然而我們都知道在沖壓加工中需要加工的工序非常繁多，每一道工序中的工藝性又不是太相同。有一種情況是加工同一個(gè)零件，在生產(chǎn)中所處的不同的生產(chǎn)條件、工藝裝備等情況而產(chǎn)生的不同，最終導(dǎo)致了其工藝性的意義是非常不一樣的。這方面是我這次分析得重點(diǎn)：零件的結(jié)構(gòu)工藝性。
該零件類似于餐盒結(jié)構(gòu)，如圖1-2所呈現(xiàn)的，該零件是帶凸緣的盒形件，材料的厚度：料厚t=1.5mm，拉深工藝完成之后厚度不變，零件底部圓角半徑r=5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝中對(duì)精度等級(jí)的各項(xiàng)要求。
圖1-2工件圖
首先拉伸時(shí)采用拉深模具將沖裁好的條料毛坯壓制成各種開(kāi)口的空心件，或者已經(jīng)開(kāi)口的空心件加工成別的形狀的一種加工方法。一種處理采用拉絲模在粗沖好條第一段壓成各種開(kāi)口空心件加工方法，或有一個(gè)開(kāi)放到另一個(gè)形狀的中空件。本次課題的盒形件沖壓工藝采用的是前者的加工方法。需要計(jì)算毛坯的材料的尺寸可以在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中去擴(kuò)展。拉深所用的模具叫做拉深模，拉伸也被稱為拉伸、引伸、拉延等[[] 宛強(qiáng)編著.沖壓模具設(shè)計(jì)及實(shí)例精講[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.3：221.
]。這項(xiàng)拉深工藝可以加工很多零件，比如：筒件、階梯形、球形、錐形、拋物線形等旋轉(zhuǎn)體零件，當(dāng)然也可以制出方盒形等非旋轉(zhuǎn)體零件[3]。課題盒形件就是屬于非旋轉(zhuǎn)體零件，可以清楚地知道拉深工藝的應(yīng)用范圍比較廣泛，在冷沖壓過(guò)程中是它的基本工序其中的一步。
其次零件的工藝性對(duì)精度的要求在一般情況下是這樣規(guī)定的，采用拉深件的尺寸精度應(yīng)在IT13級(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)；對(duì)于精度要求高的拉深件，應(yīng)在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于各種材料存在的向異性產(chǎn)生的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，所以出現(xiàn)“凸耳”現(xiàn)象，為了獲得所需要的凸緣外形，需要增加切邊工序[4]。
最后我想說(shuō)的是影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對(duì)結(jié)構(gòu)與尺寸的要求是[[] 陽(yáng)勇主編.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.8：211.
]：拉深件在本次課題要求中加工方法盡量簡(jiǎn)單、對(duì)稱；對(duì)于半敞開(kāi)及非對(duì)稱的這種空心件，應(yīng)該盡量采用“成對(duì)拉深-剖切”；拉深件的圓角不宜過(guò)小，以便拉深成形；拉深件各部分的尺寸必須保證比例的合適；拉深件的尺寸精度不宜過(guò)高3；在材料方面，拉深件不需要較高的屈服強(qiáng)度和硬度。
另外盒形件沖壓工藝，該盒形件的工件零件的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、形狀對(duì)稱，類似屬于圓筒形拉深件[[] 楊安.拉深坯料的體積法計(jì)算與數(shù)值模擬[D].南昌大學(xué).2007.
]。盒型零件的尺寸公差為IT14，選擇使用普通的沖裁方法是可以達(dá)到零件圖樣上所要求的工藝。工件材料為10F，碳素結(jié)構(gòu)鋼，材料狀態(tài)已退火，抗剪強(qiáng)度220~340mp抗拉強(qiáng)度 275~410mpa屈服強(qiáng)度 190mpa伸長(zhǎng)率
2 確定工藝方案
2.1 工藝計(jì)算并分析
h=32 b=97 r=9 =5
(1) 時(shí)，確定是矮矩形件，只需一次拉伸即可。
(2)
則說(shuō)明屬于 r較小 這一類型的矩形拉伸件。由于r較小，這種零件拉伸時(shí)僅有微量材料從角部轉(zhuǎn)移到直邊，即圓角與直角間的相互影響很小，可以將其側(cè)壁分為長(zhǎng)度是
與的兩對(duì)直邊部分及四個(gè)半徑為r的圓角部分。
2.2 計(jì)算毛坯尺寸
首先盒形拉深件的變形是不均勻的，圓角部分變形大，直邊部分變形小[6]。所以在拉深過(guò)程中，該零件的直邊以及圓角部分一定存在著某種相互的影響，至于影響的程度那么就要取決于零件的形狀，那么不同的形狀影響也有所不同了。盒形件的拉深工序中的拉深件，該工件的毛坯形狀和尺寸隨著H/B(H為盒形件的高度)和的不同而發(fā)生變化，這兩個(gè)因素決定了圓角部分材料向直邊部分轉(zhuǎn)移的程度和直邊部分高度的增加量[6]。
其次由于板料在扎壓或退火時(shí)所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過(guò)程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的凸耳[5]。此外，如果板料本身的金屬結(jié)構(gòu)組織不均勻、模具間隙不均勻、潤(rùn)滑的不均勻等等，也都會(huì)引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進(jìn)行修邊處理。所以要在計(jì)算毛坯尺寸數(shù)值的時(shí)候有必要的加上修邊余量。
最后我查了課本，上面介紹了傳統(tǒng)的該類沖模加工方法采用實(shí)體模型作為依據(jù)[] 張宏武.典型汽車覆蓋件模具數(shù)控加工工藝研究[D].西安石油大學(xué).2011.
。實(shí)體模型是直觀的，可靠的數(shù)據(jù)被采集，降低加工設(shè)備的要求等等這些優(yōu)勝點(diǎn)。所以我國(guó)目前很多模具廠家都是這樣做實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型的處理方法。由于工件拉深為為帶凸緣的矩形盒的拉伸，毛坯理論計(jì)算存在一定的困難，本次課題的設(shè)計(jì)中，我們采用UG的鈑金工具中的一步可成成形性分析命令，來(lái)完成拉深部分的展開(kāi)，完成毛坯展開(kāi)圖。如圖2-1所所呈現(xiàn)的，為UG完成的工件模型。
圖2-1工作UG模型圖
圖2-2所示是像是網(wǎng)格一樣的圖，這代表著工件UG的網(wǎng)格劃分圖，網(wǎng)絡(luò)劃分圖是目前在模具工藝中排樣過(guò)程最常用的分析方法。下圖所所呈現(xiàn)的：
圖2-2工件UG網(wǎng)格劃分圖
利用UG的毛坯展開(kāi)命令得，毛坯的大體尺寸展開(kāi)分析初步是這樣的。如圖2-3所示。
圖2-3毛坯初步計(jì)算尺寸
圖2-4最終確定毛坯尺寸
由于現(xiàn)在在計(jì)算中得出的結(jié)論是計(jì)算的板料為不規(guī)則形狀，拉深時(shí)很容易受力不均，所以，我們選用矩形板料，通過(guò)光順邊緣，并取修邊余量，確定倒圓角的大小。最終確定毛坯尺寸為圖2-4。為了防止四角起皺，將毛坯的四角設(shè)計(jì)成半徑30的倒角，