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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 張瑞 學(xué) 號(hào) B07020336 外文出處 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年3月 熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要： 熱沖壓和高強(qiáng)度鋼材在汽車行業(yè)正越來(lái)越受歡迎。熱沖壓是通過(guò)加熱和按下推進(jìn)器水冷工具來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼板高強(qiáng)度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對(duì)該工藝的影響很大。本文提出了一種對(duì)冷卻管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)過(guò)程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法的優(yōu)化程序。通過(guò)對(duì)每個(gè)單獨(dú)程序組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。 關(guān)鍵詞: 熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化 1概述 近年來(lái),在不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點(diǎn)。熱沖壓、高強(qiáng)度鋼對(duì)此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達(dá)到高強(qiáng)度，利用熱沖壓將高強(qiáng)度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對(duì)其進(jìn)行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。到目前為止,很少有對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究的熱沖壓模具。 本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達(dá)到最佳而快速。在這個(gè)例子中,冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化幫助進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法，隨后一系列的熱成形過(guò)程的數(shù)值thermo-mechanically熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來(lái)優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運(yùn)動(dòng)需要的時(shí)間相對(duì)整個(gè)過(guò)程的時(shí)間較短。因此,熱沖壓過(guò)程必須有足夠的工具、合理的準(zhǔn)確性計(jì)算與短時(shí)間的快速設(shè)計(jì)。 模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項(xiàng)議案的一項(xiàng)形成過(guò)程是很有必要的,可以提高預(yù)測(cè)精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進(jìn)化算法。隨后,結(jié)果通過(guò)熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。 2熱沖壓模具的冷卻 2.1動(dòng)機(jī) 提高了工藝流程的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化了成形零件的特點(diǎn)、熱沖壓才能達(dá)到設(shè)計(jì)最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)一種在經(jīng)濟(jì)冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進(jìn)行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法配以適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達(dá)到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。 2.2熱沖壓和模具冷卻的工藝特點(diǎn) 在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時(shí),熱沖壓和模具冷卻是其中的一個(gè)具有代表意義的材料超高強(qiáng)度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛USIBOR)被認(rèn)為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強(qiáng)度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強(qiáng)度通過(guò)熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了熱沖壓工藝是通過(guò)快速冷卻至少27°的速度C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過(guò)程非常快馬氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500兆帕。 2.3工具組件和檢驗(yàn) 原型的組成及其熱沖壓工具運(yùn)動(dòng)學(xué)是如圖1所示,最初的空白，該試驗(yàn)的一部分,在圖2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗(yàn)的一部分是30毫米。 2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng) 該工具設(shè)計(jì)必須考慮能夠達(dá)到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認(rèn)為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠(yuǎn)離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點(diǎn),整個(gè)活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計(jì)冷卻充分。 3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1優(yōu)化的進(jìn)化算法 圖3為每個(gè)工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個(gè)過(guò)程中,冷卻在每個(gè)通道可優(yōu)化工具通過(guò)具體的進(jìn)化算法(EA),這是在發(fā)達(dá)的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學(xué)德國(guó)),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進(jìn)行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及nonintersection厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風(fēng)管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過(guò)有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個(gè)工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)通過(guò)有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機(jī)參數(shù)通過(guò)EA或手動(dòng),由用戶。從初始解,EA創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過(guò)重組的電流修改他們的解決方案和隨機(jī)的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對(duì)選定的工具組件 3.2冷卻通道的優(yōu)化 在我們的研究,選定的管的直徑對(duì)8毫米和12mm 8毫米,12mm沖床、毫米到16毫米之間死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米為空白持有人。EA是用于儲(chǔ)放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個(gè)工具組件。優(yōu)化后的型材的8毫米直徑的渠道,為管道在圖4。 4最佳冷卻系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 冷卻通道的渠道設(shè)計(jì)產(chǎn)生EA每個(gè)工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進(jìn)行了評(píng)估,采用鐵模擬。 4.1熱學(xué)分析 在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計(jì)熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時(shí)間經(jīng)濟(jì)制造的工具。為了這個(gè)目的,兩個(gè)瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用ABAQUS /標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)隱式方法。在這個(gè)分析1.2379曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含4工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表1所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風(fēng)管直徑大,而變種冷卻風(fēng)管。V2直徑。表1:設(shè)計(jì)工具的組合進(jìn)行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個(gè)循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過(guò)程模擬為一個(gè)周期傳熱分析。圖5的表明有限元模型包括邊界conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機(jī)這樣的設(shè)計(jì)周期時(shí)間是30秒。在一個(gè)周期內(nèi),沖壓運(yùn)動(dòng)的形成需要3秒,這種工具關(guān)閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個(gè)10秒開發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運(yùn)動(dòng)和變形工具坯料的卻沒(méi)有考慮到減少了計(jì)算量。因此,只有進(jìn)行了傳熱分析是在一個(gè)封閉的工具。在熱分析、淬火過(guò)程耗時(shí)的地方2017秒秒來(lái)代替,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)沖壓不考慮。假定空白有一個(gè)最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費(fèi)在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為20°C在第一個(gè)周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗(yàn),獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué)Erlangen-Nurnberg、德國(guó)),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對(duì)流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個(gè)工具,對(duì)流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是considered. c)工具(Here,??c,是the(CHTC接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和d空白和接觸壓力p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了CHTC壓力是無(wú)效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC是假設(shè)為5000W°C / m2在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價(jià)值。 4.2 機(jī)械分析 仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過(guò)程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡(jiǎn)單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時(shí),在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過(guò)程不被考慮。此外,殼模型,對(duì)接觸熱的問(wèn)題只是足夠于相對(duì)較短的接觸時(shí)間[6]。因此,我們?cè)谘芯抗ぞ吆涂瞻着c體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過(guò)程。熱力的進(jìn)行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個(gè)形成和淬火工藝是仿制,而動(dòng)態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進(jìn)行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動(dòng)應(yīng)力曲線。熱更準(zhǔn)確地表達(dá)了轉(zhuǎn)會(huì)應(yīng)該使用在接觸壓力CHTC場(chǎng)所依賴改變?cè)谛纬蛇^(guò)程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會(huì)考慮。然而,在通過(guò)熱分析,為號(hào)元素的增加,鐵的復(fù)雜性問(wèn)題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來(lái)閑了仿真時(shí)間,來(lái)獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化在計(jì)算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個(gè)雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認(rèn)為是減少模擬時(shí)間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告 題目： 菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203班 姓 名 秦 偉 學(xué) 號(hào) B07020316 導(dǎo) 師 樊 亞 軍 2011年 3 月 14 日 撰寫內(nèi)容要求（可加頁(yè)）： 1. 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r: 學(xué)習(xí)完成沖壓模具的工藝設(shè)計(jì)，初步進(jìn)行了了模具的產(chǎn)品圖整理、彎曲件展 開尺寸計(jì)算與展開圖繪制、沖壓方工藝方案的制定和沖裁模設(shè)計(jì)。落料模具的設(shè)計(jì)、計(jì)算和圖紙的整理。毛坯展開圖尺寸的確定。 展開圖的計(jì)算及排樣方式的確定：彎曲圓角半徑r=2mm，t=3mm.由于r/t=0.67>0.5，稱為有圓角半徑彎曲，其毛坯展開尺寸為： L=∑L直線+∑ L圓弧 =2πρ360°α=πα180°（r+xt） 中性層的曲率半徑和彎曲變形程度有關(guān)，當(dāng)變形程度比較的大時(shí)中性層會(huì)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)。查表可知x=0.27， 由以上可以算出：L圓弧=πα180°（r+xt） =π*90°180°（2+0.27*3）=4.14（mm） L直線=8.8mm 可得： L=L直線+ L圓弧=8.8+4.14=12.94（mm） 查表可得：取工件與工件之間的距離a=2mm，工件與條料的搭邊值b=2mm，在采用直排、對(duì)排等排樣方式后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，選取材料利用率最高，而且便于沖裁、符合要求的排樣方式。確定工件排樣方式。 步距為：S=90.01mm；條料寬度：B=80.94mm；一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積：A=4547.51mm2 材料的利用率η為： η=ABS×100% =4547.5190.01×80.94×100% =61.94% 落料模具的計(jì)算和設(shè)計(jì) 落料沖裁力： F=KLtτb =1.3×326.5587×3×370 =471224 N=471.2 KN 由于沖裁時(shí)材料的彈性變形及摩擦的存在，當(dāng)沖裁工作結(jié)束時(shí)，沖制的零件及廢料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使帶孔部分的板料緊箍在凸模上，而沖下部分的材料則緊卡在凹模洞口中。為繼續(xù)沖裁，必須將箍在凸模板上的料卸下，將卡在凹模內(nèi)的料推出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中的材料推出所需的力稱為推件力，將卡在凹模中的材料逆著沖裁力方向頂出所需的力稱為頂件力。由于本工序采用彈性卸料裝置和自然落料方式，所以總沖壓力為： F落=F+FT+FX；推件力：FT=nKTF 同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)：n=h/t；卸料力：FX=KXF。 查表可得推件力系數(shù)、卸料力系數(shù)：KT=0.045，KX=0.031，由于沖件料厚t≤3mm，有h=3mm； 代入數(shù)據(jù)得：FT=0.045×471.2=21.2 KN KX,0.031×471.2=14.6 KN 有： F落=471.2+21.2+14.6=507 KN 選用公稱壓力為600KN的壓力機(jī)能滿足沖壓力要求。 凹凸模刃口尺寸及公差計(jì)算： 落料沖裁凹凸模由于凹凸模形狀復(fù)雜，所以采用配做加工方式，這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡(jiǎn)單，不必校核dt+ da≤Zmax-Zmin條件，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差（一般可取沖裁件工件公差的1/4），使制造容易。以凹模為基準(zhǔn)，配作凸模。凹模磨損后其尺寸變化有兩種情況： 磨損后變大的尺寸為：?640+0.05；R100+0.02；查表可得磨損系數(shù)：X1=1，X2=1； 代入公式：Aa=(A+X△)0+0.25△ 可得： Aa1=（64-1×0.05）0+0.025×0.05=63.950+0.0125 mm Aa2=（10-1×0.02）0+0.25×0.02=9.980+0,005 mm 由以上可知：落料凸模的刃口尺寸按照凹模的實(shí)際刃口尺寸配制，保證間隙（0.460～0.640）mm。 2. 存在問(wèn)題及解決措施 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)工藝方案出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在沖完兩個(gè)對(duì)稱的小孔后，再折 彎時(shí)，彎曲的孔邊距過(guò)小，以至于不能合理完成工件的彎曲工作。經(jīng)過(guò)查閱資料 和老師的的建議后：采用了如下的工藝方案： ①落料；②使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出中心Φ40mm大孔；③使用彎曲模具， 折彎零件上12.8mm的折彎板；④使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出兩邊2×Φ10mm小孔。 在設(shè)計(jì)落料模具時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)劃使用倒裝結(jié)構(gòu)的模具不適合在使用，經(jīng)過(guò)老師建議后，采用正裝，彈性卸料卸卸料裝置、自然卸料方式。 3. 后期工作安排 第九周至第十二周：完成沖大孔、彎曲以及沖兩個(gè)對(duì)稱小孔的沖壓模具的沖壓力、尺寸、強(qiáng)度等進(jìn)行具體計(jì)算，并完成裝配草圖的繪制工作。 第十三周至第十六周：繪制沖壓模具機(jī)械工程圖及相應(yīng)零件圖，完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文，做好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距22磅；標(biāo)題：加粗 宋體四號(hào)字 2. 中期報(bào)告由各系集中歸檔保存，不裝訂入冊(cè)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系別專業(yè)班姓名學(xué)號(hào) 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：沖壓是借助沖壓設(shè)備的動(dòng)力，通過(guò)模具的作用，使板料分離或經(jīng)塑性成形而獲得一定形狀、尺寸和性能制件的加工技術(shù)。沖壓加工是金屬塑性加工的主要方法之一。與塑性加工的其它方法及機(jī)械制造中其它冷、熱加工方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)效率高；2、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及其自動(dòng)化；3、節(jié)約材料，節(jié)省能源；4、尺寸精度穩(wěn)定，表面質(zhì)量好；5、強(qiáng)度高、剛性大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本課題目的訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)冷沖壓模具的能力，為以后的工作打下初步的基礎(chǔ)。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：基本要求：確定沖壓工藝方案后，應(yīng)通過(guò)分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使其盡量滿足以下要求：（1）能沖出符合技術(shù)要求的工件；（2）能提高生產(chǎn)率；（3）模具制造和維修方便；（4）模具有足夠的壽命；（5）模具易于安裝調(diào)整，且操作方便、安全。模具裝配圖一張（A0以上）；零件圖若干張；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份，典型零件工藝卡片一份。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 地點(diǎn)：校內(nèi) 第一周至第三周：查找相關(guān)資料，確定加工方案做好開題答辯工作。 第四周至第八周：進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，完成中期報(bào)告。 第九周至第十二周：完成各套沖壓模具機(jī)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度等具體計(jì)算。 第十三周至第十六周：繪制沖壓模具工程圖及相應(yīng)零件圖，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 論文字?jǐn)?shù)1.5萬(wàn)左右，外文翻譯3000漢字 ① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 無(wú) ② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： 合 3張A0 ③ 其他要求： 無(wú) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 題目： 菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203班 姓 名 秦 偉 學(xué) 號(hào) B07020316 導(dǎo) 師 樊 亞 軍 2010年 11 月 29 日 6 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述： 沖壓：在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)被沖材料施加一定的壓力，使之產(chǎn)生分離和塑性變形，從而獲得所需要形狀和尺寸的零件（也稱制件）的一種加工方法。因?yàn)橥ǔＪ褂玫牟牧蠟榘辶?，故也常稱為板料沖壓。 沖壓生產(chǎn)的三要素：合理的沖壓工藝、先進(jìn)的模具、高效的沖壓設(shè)備 沖壓加工的特點(diǎn)（1）生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單。高速?zèng)_床每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件、上千件；（2）一般無(wú)需進(jìn)行切削加工，節(jié)約原料、節(jié)省能源；（3）沖壓件的尺寸公差由沖模來(lái)保證，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、互換性好?！耙荒Ｒ粯印?；（4）沖壓產(chǎn)品壁薄、量輕、剛度好，可以加工形狀復(fù)雜的小到鐘表、大到汽車縱梁、覆蓋件等。 局限性：由于沖模制造是單件小批量生產(chǎn)，精度高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品，制造成本高。因此，沖壓生產(chǎn)只適應(yīng)大批量生產(chǎn)。 由于冷沖壓在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特別之處，因而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。在汽車、拖拉機(jī)、電器、電子、儀表、國(guó)防、航空航天以及日用品中隨處可見(jiàn)到冷沖壓產(chǎn)品。一個(gè)國(guó)家模具工業(yè)發(fā)展的水平能反映出這個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化工業(yè)化發(fā)展的程度。 沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）沖壓工藝方面，為了提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝的應(yīng)用范圍，研究和推廣各種沖壓新工藝是沖壓技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。（2）沖模設(shè)計(jì)與制造方面，在沖模設(shè)計(jì)與制造上，有兩種趨向應(yīng)給予足夠的重視：①模具結(jié)構(gòu)與精度正朝著兩個(gè)方向發(fā)展；②模具設(shè)計(jì)與制造的現(xiàn)代化。（3）沖壓設(shè)備及沖壓自動(dòng)化方面，性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高效率、高精度、長(zhǎng)壽命的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備與之相匹配；為了滿足新產(chǎn)品小批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為了提高生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)，應(yīng)用各種自動(dòng)化裝置、機(jī)械手乃至機(jī)器人的沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線和高速壓力機(jī)紛紛投入使用。（4）沖壓基本原理的研究，沖壓工藝、沖模設(shè)計(jì)與制造方面的發(fā)展，均與沖壓變形基本原理的研究進(jìn)展密不可分。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進(jìn)行坯料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦、潤(rùn)滑機(jī)理方面的研究等，都為逐步建立起緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)方法打下了基礎(chǔ)。 2．本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 本課題的基本要求是：確定沖壓工藝方案后，應(yīng)通過(guò)分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使其盡量滿足以下要求：（1）能沖出復(fù)合技術(shù)要求的工件；（2）能提高生產(chǎn)率；（3）模具制造和維修方便；（4）模具有足夠的壽命；（5）模具易于安裝調(diào)整，且操作方便安全。模具裝配圖一張（A0以上）；零件圖若干；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份。 零件圖如下： 假單確定設(shè)計(jì)方案如下： 方案一：①落料；②使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出中心Φ40mm大孔；③使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出兩邊2×Φ10mm小孔；④使用彎曲模具，折彎零件上12.8mm的折彎板。 方案二：①落料；②使用復(fù)合沖孔模具，一次成型零件上Φ40mm大孔以及2×Φ10mm小孔；③使用彎曲模具，折彎零件上12.8mm的折彎板。 兩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如下： 方案一：使用簡(jiǎn)單沖裁模具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和維修，適合中小批量生產(chǎn)。且分步進(jìn)行沖孔加工，易于保證孔加工的定位精度 ，但是由于其需要設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，因此在一定程度上增大了模具整體的幾何尺寸。 方案二：使用復(fù)合沖裁模具，在進(jìn)行沖裁時(shí)，一次定位就可以完成沖裁件內(nèi)部孔的幾何尺寸，故制件的內(nèi)外形的位置尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，適合位置精度高、生產(chǎn)批量大的制件選用。但這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難、周期長(zhǎng)，在側(cè)沖孔凸模插入凹模深度較大時(shí)，加劇了沖孔凸模和凸凹模的磨損而降低其使用壽命。 綜上所述：本次設(shè)計(jì)的菱形墊片屬于小批量生產(chǎn)，且其內(nèi)外形尺寸相差不大，故適宜選擇方案一。 3．本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作 本課題主要是對(duì)菱形墊片沖壓模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，其加工方法比較簡(jiǎn)單，通過(guò)落料，沖孔，再?zèng)_孔，彎曲等步驟加工完成。重點(diǎn)在于沖孔和彎曲加工部分，由于該菱形墊片需要進(jìn)行兩次沖孔，且沖出的孔之間存在位置精度與形狀精度，且精度等級(jí)不一，彎曲時(shí)是進(jìn)行了一次90 o的彎曲，因此，本課題的難點(diǎn)就在于如何才能滿足孔之間的各種精度的要求，同時(shí)能夠安全快速的完成90 o彎板的彎曲加工。 近期需要完成的工作就是閱覽多方面的相關(guān)冷沖壓模具設(shè)計(jì)的資料，補(bǔ)充在沖壓模具設(shè)計(jì)中的知識(shí)空缺，了解沖壓模具的組成，并制定符合本課題的設(shè)計(jì)方案，并估算各套模具的幾何尺寸。 4．完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃 第一周至第三周：做畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，查找相關(guān)資料，補(bǔ)充設(shè)計(jì)知識(shí)，確定加工方案做好開題答辯工作。 第四周至第八周：根據(jù)前期補(bǔ)充的知識(shí)，進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，完成中期報(bào)告。 第九周至第十二周：對(duì)各套沖壓模具機(jī)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度等進(jìn)行具體計(jì)算。 第十三周至第十六周：繪制沖壓模具機(jī)械工程圖及相應(yīng)零件圖，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，做好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備 5 指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見(jiàn)： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距22磅。 2. 開題報(bào)告由各系集中歸檔保存。 參考文獻(xiàn)： 【1】 陳劍鶴《模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2003 【2】 胡世光《板料冷壓成形原理》，國(guó)防工業(yè)出版社，1979 【3】 彭大署《金屬塑性加工原理》，中南大學(xué)出版社，2004 【4】 吳詩(shī)惇《沖壓工藝學(xué)》，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1987 【5】 馬正元，韓啟《沖壓工藝與模具審計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1998 【6】 胡世光《板料冷壓成形原理》，國(guó)防工業(yè)出版社，1979 【7】 翁其金、徐新城《沖壓工藝及沖壓模設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2000 【8】 王俊彪《多工位級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)》，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1999 【9】 付宏生《冷沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)制造》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 【10】 楊玉英《大型薄板成形技術(shù)》，國(guó)防工業(yè)出版社，1996 【11】 李碩本，《沖壓工藝學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1988 【12】 Sheet metal forming simulation using EAS solid-shell finite elements.Parente, M.P.L. (Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Porto, 4200-465 Porto, Portugal); Fontes Valente, R.A.; Natal Jorge, R.M.; Cardoso, R.P.R.; Alves de Sousa, R.J. Source: Finite Elements in Analysis and Design, v 42, n 13, p 1137-1149, September 2006 【13】 Incremental sheet metal forming on CNC milling machine-tool.Kopac, J. (University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering, A?kerceva 6, 1000 Ljubljana, Slovenia); Kampus, Z. Source: Journal of Materials Processing Technology, v 162-163, n SPEC. ISS., p 622-628, May 15, 2005 【14】 Sheet metal forming of titanium blanks using flexible media Alberti, N. (Univ of Palermo, Palermo, Italy); Forcellese, A.; Fratini, L.; Gabrielli, F. Source: CIRP Annals - Manufacturing Technology, v 47, n 1, p 217-220, 1998 【15】 Application of a neural network machine learning model in the selection system of sheet metal bending tooling.Lin, Zone-Ching (Natl Taiwan Inst of Technology, Taipei, Taiwan); Chang, Da-Yuan Source: Artificial Intelligence in Engineering, v 10, n 1, p 21-37, 1996 XXXX 大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目：菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 系 別： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2011 年 06 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系別專業(yè)班姓名學(xué)號(hào) 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：沖壓是借助沖壓設(shè)備的動(dòng)力，通過(guò)模具的作用，使板料分離或經(jīng)塑性成形而 獲得一定形狀、尺寸和性能制件的加工技術(shù)。沖壓加工是金屬塑性加工的主要方法之一。與塑 性加工的其它方法及機(jī)械制造中其它冷、熱加工方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)效率高；2、 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及其自動(dòng)化；3、節(jié)約材料，節(jié)省能源；4、尺寸精度穩(wěn)定，表面質(zhì)量好；5、強(qiáng) 度高、剛性大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本課題目的訓(xùn)練學(xué)生設(shè)計(jì)冷沖壓模具的能力，為以后的工作打 下初步的基礎(chǔ)。 3.設(shè)計(jì)(論文) 的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：基本要求：確定沖壓工藝方案后，應(yīng)通過(guò)分析 比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使其盡量滿足以下要求：（1）能沖出符合技術(shù)要求的工件； （2）能提高生產(chǎn)率；（3）模具制造和維修方便；（4）模具有足夠的壽命；（5）模具易于安 裝調(diào)整，且操作方便、安全。模具裝配圖一張（A0 以上）；零件圖若干張；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一 份，典型零件工藝卡片一份。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 地點(diǎn)：校內(nèi) 第一周至第三周：查找相關(guān)資料，確定加工方案做好開題答辯工作。 第四周至第八周：進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，完成中期報(bào)告。 第九周至第十二周：完成各套沖壓模具機(jī)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度等具體計(jì)算。 第十三周至第十六周：繪制沖壓模具工程圖及相應(yīng)零件圖，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 論文字?jǐn)?shù) 1.5 萬(wàn)左右，外文翻譯 3000 漢字 ① 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)） *或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 無(wú) ② 圖紙（幅面和張數(shù)） *： 合 3 張 A0 ③ 其他要求： 無(wú) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日 說(shuō)明：1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。 2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。 Ⅰ 菱形墊片沖壓模具設(shè)計(jì) 摘 要 全文對(duì)菱形墊片的工藝分析確定與模具設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的論證設(shè)計(jì)。通過(guò)工藝分 析確定需要設(shè)計(jì)四套模具，分別是落料模、沖空模 1、彎曲模、沖孔模 2。 根據(jù)工藝分析與確定，第一套模具進(jìn)行落料，相應(yīng)的設(shè)計(jì)出落料模。從產(chǎn)品零 件圖看出其外形不規(guī)則，對(duì)落零件的排樣和材料利用率給予相應(yīng)的確定和計(jì)算，采 用彈性卸料、自然落料方式。 工件的第二道工序須要沖出中心的大孔，對(duì)定位的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難題。對(duì) 于工件固定也有一定的要求。 工件的第三道工序需要彎曲工件邊緣的矩形，模具采用孔和邊緣定位，對(duì)卸料 裝置的設(shè)計(jì)，和凹凸模的計(jì)算設(shè)計(jì)。 工件的第四道工序?yàn)闆_出兩個(gè)對(duì)稱的圓孔，兩個(gè)圓孔的位置度有要求，所以定 位采用孔和彎曲面定位。 關(guān)鍵詞：定位；沖孔；彎曲；凹模；凸模。 Ⅱ Hardware Research on the Measurement System of Ring Laser Resonant Cavity Abstract Full text of the analysis of the technology of diamond gasket set and mold design specific demonstration design. Through the analysis of the technology to design four sets of mould to determine, respectively is blanking mold, blunt empty mode 1, bending modulus, punching mould 2. According to process analysis and determination, the first set of mould for blanking, corresponding design ChuLa materials moulds. From product parts graph see the appearance is irregular, on falling blank layout and material utilization give corresponding determination and calculation, using elastic and unloading, natural blanking way. The second procedure need workpiece out the big hole in the center of the design of positioning brings some problems. For the fixed also to have certain requirements. The third procedure need workpieces bending workpiece, the edges of the rectangular mould adopts the hole and edge localization, to unloader device design, and bump mould calculation design. The fourth procedure for workpiece out two symmetrical round hole, two round hole position degree have demands, so the positioning hole and bending face positioning. KeyWords: Positioning； Punchedhole ；Flection; Convex mold；cave mold. III 目錄 1 緒 論 ..............................................................................................................................1 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 .........................................................................................1 1.2 沖壓的基本工序及模具 ...........................................................................................2 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 ...................................................................................2 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 .........................................................................3 1.3.2 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 .....................................................................3 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 ...................................................................5 1.3.4 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 .........................................................................5 2 設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容 ............................................................................................................7 3 工藝分析與方案確定 ..................................................................................................8 3.1 零件的工藝分析 .........................................................................................................8 3.2 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型 .........................................................................................8 3.3 排樣設(shè)計(jì) .....................................................................................................................8 4 模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 .....................................................................................................12 4.1 落料模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ...........................................................................................12 4.1.1 沖壓力計(jì)算 .......................................................................................................12 4.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差計(jì)算 .......................................................................15 4.1.3 落料模具裝配簡(jiǎn)圖 .........................................................................................16 4.2 沖 的沖孔模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ................................................................17?40 +0.050 4.2.1 沖壓力計(jì)算 .......................................................................................................17 4.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差計(jì)算 ...........................................................................18 4.2.3 孔 模具裝配簡(jiǎn)圖 ............................................................................19?40 +0.050 4.3 彎曲模的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ..............................................................................................21 4.3.1 彎曲力計(jì)算 .......................................................................................................21 4.3.2 凹、凸模刃口尺寸及公差計(jì)算 .......................................................................22 4.3.3 彎曲模具裝配簡(jiǎn)圖 ...........................................................................................23 4.4 沖 的沖孔模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ...............................................................24?10 +0.020 4.4.1 沖壓力計(jì)算 .......................................................................................................24 4.4.2 凹凸模刃口尺寸及公差計(jì)算 ...........................................................................25 IV 4.4.3 沖 的沖孔模具裝配簡(jiǎn)圖 ................................................................25?10 +0.020 5 結(jié) 論 ...............................................................................................................................27 5.1 總結(jié) ...........................................................................................................................27 5.2 體會(huì) ...........................................................................................................................27 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................28 致 謝 ................................................................................................................................29 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 ............................................................................30 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 .................................................................................31 V 主 要 符 號(hào) 表 Ra 表面粗糙度 L 周長(zhǎng) 彎曲帶中心角?? X 、 K 系數(shù) t 材料厚度 S 步距 r 半徑 B 寬度 A 面積 材料利用率?? Z 沖裁模初始雙面間隙 強(qiáng)度?? F 作用力 n 件數(shù) h 高度 A 凸、凹模刃口基本尺 寸 t 凸模制造公差?? a 凹模制造公差?? dt 凸模刃口尺寸 VI da 凹模刃口尺寸 △ 沖裁件制造公差 P 彎曲沖壓力 C 間隙系數(shù) 1 緒論 1 1 緒 論 1.1 沖壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其 產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件（俗稱沖壓或沖壓件）的一種壓力加工方 法。沖壓通常是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行冷變形加工，且主要采用板料來(lái)加工成所需零 件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一， 隸屬于材料成型工程技術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡(jiǎn)稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬） 批量加工成所需沖件的專用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要，沒(méi)有符合要求的沖模， 批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行；沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工 藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得 出沖壓件。 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方 面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。 沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_ 壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次， 高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上，而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖 件。 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì) 量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特 征。 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘表的秒表，大到汽車 縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。 沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其它加熱設(shè)備，因而是一 種省料，節(jié)能的加工方法，沖壓件的成本較低。 但是，沖壓加工所使用的模具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才 能加工成形，且模具 制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集形產(chǎn)品。所以，只有 在沖壓件生產(chǎn)批量較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的 經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓地、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工 業(yè)部門越來(lái)越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件，如汽車、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、 1 緒論 2 航 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 空、航天、家電及輕工等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇螅?少則 60%以上，多則 90%以上。不少過(guò)去用鍛造=鑄造和切削加工方法制造的零件， 現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。因此可以說(shuō)，如果生產(chǎn)中不采用 沖壓工藝，許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、快速進(jìn)行產(chǎn) 品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)現(xiàn)的。 1.2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同， 因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來(lái)，可分為分離工序和成 形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和 斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn) 生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基 本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時(shí)，若用 分散的單一工序來(lái)沖壓是不經(jīng)濟(jì)甚至難于達(dá)到要求。這時(shí)在工藝上多采用集中的方 案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同， 又可將其分為復(fù)合、級(jí)進(jìn)和復(fù)合-級(jí)進(jìn)三種組合方式。 復(fù)合沖壓——在壓力機(jī)的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時(shí)完成兩種 或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級(jí)進(jìn)沖壓——在壓力機(jī)上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不 同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級(jí)進(jìn)——在一副沖模上包含復(fù)合和級(jí)進(jìn)兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成 形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級(jí)進(jìn)模等。但不論何種類型 的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機(jī)工作臺(tái)或墊板 上，是沖模的固定部分。工作時(shí)，坯料在下模面上通過(guò)定位零件定位，壓力機(jī)滑塊 帶動(dòng)上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性 變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r(shí)，模具的卸料與出件裝置將沖 件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來(lái)，以便進(jìn)行下一次沖壓循環(huán)。 1.3 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè) 備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其表現(xiàn)和發(fā)展方向 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 如下： 1.3.1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形理論的 研究非常重視，在材料沖壓性能研究、沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析、板料變形規(guī)律 研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進(jìn)展。特別是隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已開始應(yīng)用塑性 成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，即利用有限元（FEM）等有值分析方法模擬金屬的塑性 成形過(guò)程，根據(jù)分析結(jié)果，設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝方案成形的可行性及可能出現(xiàn) 的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 這樣既節(jié)省了昂貴的試模費(fèi)用，也縮短了制模具周期。 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍的各種 壓新工藝，也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一。目前，國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、 軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無(wú)模多點(diǎn)成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟(jì)的沖壓 新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴(kuò)大了沖壓加工范圍， 目前精密沖裁加工零件的厚度可達(dá) 25mm，精度可達(dá) IT16~17 級(jí)；用液體、橡膠、聚 氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?，能加工出用普通加工方法難以加工的材 料和復(fù)雜形狀的零件，在特定生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果；采用爆炸等高能效 成形方法對(duì)于加工各種尺寸在、形狀復(fù)雜、批量小、強(qiáng)度高和精度要求較高的板料 零件，具有很重要的實(shí)用意義；利用金屬材料的超塑性進(jìn)行超塑成形，可以用一次 成形代替多道普通的沖壓成形工序，這對(duì)于加工形狀復(fù)雜和大型板料零件具有突出 的優(yōu)越性；無(wú)模多點(diǎn)成形工序是用高度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面 成形的一種先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè) 備，解決了多點(diǎn)壓機(jī)成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的 成形極限，同時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形。無(wú)模 多點(diǎn)成形系統(tǒng)以 CAD/CAM/CAE 技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)三維曲面的自動(dòng) 化成形。 1.3.2 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖模的設(shè)計(jì)制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動(dòng)、 精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、 多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、 數(shù)控自動(dòng)化的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具 CAD/CAM 技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一 方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯 橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造技術(shù)也得到了 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 迅速發(fā)展。 精密、高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表了現(xiàn)代 沖模的技術(shù)水平。目前，50 個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距精度可達(dá)到 2 微米，多功能級(jí) 進(jìn)模不僅可以完成沖壓全過(guò)程，還可完成焊接、裝配等工序。我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制 造出達(dá)到國(guó)際水平的精度達(dá) 2～5 微米，進(jìn)距精度 2～3 微米，總壽命達(dá) 1 億次。我 國(guó)主要汽車模具企業(yè)，已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具，在設(shè)計(jì)制造方法、手段方面 已基本達(dá)到了國(guó)際水平，但在制造方法手段方面已基本達(dá)到了國(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、 功能方面也接近國(guó)際水平，但在制造質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面與國(guó)外相比 還存在一定差距。 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化 技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在不斷向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透、交叉、融合形成了現(xiàn)代模具制造技 術(shù)。其中高速銑削加工、電火花銑削加工、慢走絲切割加工、精密磨削及拋光技術(shù)、 數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平。高速銑削加工不但具有加工速度高以 及良好的加工精度和表面質(zhì)量（主軸轉(zhuǎn)速一般為 15000～40000r/min）,加工精度一 般可達(dá) 10 微米，最好的表面粗糙度 Ra≤1 微米） ，而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫 升低（工件只升高 3 攝氏度） 、切削力小，因而可加工熱敏材料和剛性差的零件，合 理選擇刀具和切削用量還可實(shí)現(xiàn)硬材料（60HRC）加工；電火花銑削加工（又稱電火 花創(chuàng)成加工）是以高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣） ， 因此不再需要制造昂貴的成形電極，如日本三菱公司生產(chǎn)的 EDSCAN8E 電火花銑削加 工機(jī)床，配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM 集成系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和 動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花加工機(jī)床的技術(shù)水平；慢走絲線切割技術(shù)的發(fā)展 水平已相當(dāng)高，功能也相當(dāng)完善，自動(dòng)化程度已達(dá)到無(wú)人看管運(yùn)行的程度，目前切 割速度已達(dá)到 300mm /min,加工精度可達(dá)±1.5 微米，表面粗糙度達(dá) Ra=01~0.2 微2 米;精度磨削及拋光已開始使用數(shù)控成形磨床、數(shù)控光學(xué)曲線磨床、數(shù)控連續(xù)軌跡坐 標(biāo)磨床及自動(dòng)拋光等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù);模具加工過(guò)程中的檢測(cè)技術(shù)也取得了很大的發(fā) 展,現(xiàn)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外,其良好的溫度補(bǔ)償裝 置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施及簡(jiǎn)單操作步驟，使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè) 成為可能。此外，激光快速成形技術(shù)（RPM）與樹脂澆注技術(shù)在快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)中 得到了成功的應(yīng)用。 利用 RPM 技術(shù)快速成形三維原型后，通過(guò)陶瓷精鑄、 電弧涂噴、消失模、熔模等技術(shù)可快速制造各種成形模。如清華大學(xué)開發(fā)研制的 “M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系統(tǒng)”是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界惟一擁有兩種 快速成形工藝（分層實(shí)體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM）的系統(tǒng)，它基于“模塊化 技術(shù)集成”之概念而設(shè)計(jì)和制造，具有較好的價(jià)格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型為基礎(chǔ)，采用瑞士汽巴精化的高強(qiáng)度樹脂澆注成形的樹脂沖 模應(yīng)用在國(guó)產(chǎn)轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了新的途徑。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1.3.3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、 高效率的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn) 的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高 速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械乃至機(jī)器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度 提高，各式各樣的沖壓自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用。如在數(shù)控四邊折彎 機(jī)中送入板料毛坯后，在計(jì)算機(jī)程序控制下便可依次完成四邊彎曲，從而大幅度提 高精度和生產(chǎn)率；在高速自動(dòng)壓力機(jī)上沖壓電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片時(shí)，一分鐘可沖幾百片， 并能自動(dòng)疊成定、轉(zhuǎn)子鐵芯，生產(chǎn)效率比普通壓力機(jī)提高幾十倍，材料利用率高達(dá) 97%；公稱壓力為 250KN 的高速壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)已達(dá) 2000 次/min 以上。在多 功能壓力機(jī)方面，日本田公司生產(chǎn)的 2000KN“沖壓中心”采用 CNC 控制，只需 5min 時(shí)間就可完成自動(dòng)換模、換料和調(diào)整工藝參數(shù)等工作；美國(guó)惠特尼公司生產(chǎn)的 CNC 金屬板材加工中心，在相同的時(shí)間內(nèi)，加工沖壓件的數(shù)量為普通壓力機(jī)的 4～10 倍， 并能進(jìn)行沖孔、分段沖裁、彎曲和拉深等多種作業(yè)。 近年來(lái)，為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，且其更新?lián)Q 代的周期大為縮短。沖壓生產(chǎn)為適應(yīng)這一新的要求，開發(fā)了多種適合不同批量生產(chǎn) 的工藝、設(shè)備和模具。其中，無(wú)需設(shè)計(jì)專用模具、性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力 機(jī)、激光切割和成形機(jī)、CNC 萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投入使用。特別是近幾年來(lái)在 國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來(lái)、國(guó)內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制造單元（FMC）和沖壓柔性制造系 統(tǒng)（FMS）代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì)。FMS 系統(tǒng)以數(shù)控沖壓設(shè)備為主體，包括板 料、模具、沖壓件分類存放系統(tǒng)、自動(dòng)上料與下料系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)控 制，車間實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)無(wú)人控制生產(chǎn)。同時(shí)，根據(jù)不同使用要求，可以完成各種沖壓 工序，甚至焊接、裝配等工序，更換新產(chǎn)品方便迅速，沖壓件精度也高。 1.3.4 沖壓標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因?yàn)闆_模屬單件小 批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因 此，只有實(shí)現(xiàn)了沖模的標(biāo)準(zhǔn)化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、商品化， 從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家 模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá) 70%～80%，模具廠只需設(shè)計(jì)制造工作零件，大部分模具零 件均從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買，使生產(chǎn)率大幅度提高。模具制造廠專業(yè)化程度越不定期越高， 分工越來(lái)越細(xì)，如目前有模架廠、頂桿廠、熱處理廠等，甚至某些模具廠僅專業(yè)化 制造某類產(chǎn)品的沖裁?；驈澢?，這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短。 我國(guó)沖模標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來(lái)也有較大發(fā)展，除反映在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 家有較多增加外，標(biāo)準(zhǔn)件品種也有擴(kuò)展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模 具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高（一般在 40%以下） ，標(biāo)準(zhǔn)件的品 種和規(guī)格較少，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也還存在較多問(wèn) 題。另外，標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進(jìn)一步提高。 2 設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容 8 2 設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容 設(shè)計(jì)菱形墊片的沖壓模具。 零件圖如下： 圖 2.1 菱形墊片零件圖 沖壓技術(shù)要求: a.材料:Q235； b.材料厚度:3mm； c.生產(chǎn)批量:中小批量； d.未注公差:按 IT10 級(jí)確定。 3 工藝分析與方案確定 9 3 工藝分析與方案確定 3.1 零件的工藝分析 材料：該沖壓件的材料是 Q235 是普通碳素鋼，具有較好的可沖壓性能。 零件結(jié)構(gòu)：該沖壓件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適合沖壓。 尺寸精度：零件圖上所有未注公差尺寸屬于自由尺寸，可按 IT10 級(jí)確定 工件尺寸的公差。 結(jié)論：適合沖壓。 3.2 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型 該零件包括落料、沖孔、折彎三個(gè)基本工藝過(guò)程，可以采用以下幾種工藝方 案： 方案一：落料；使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出中心 Φ40mm 大孔；使用 簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出兩邊 2×Φ10mm 小孔；使用彎曲模具，折 彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案二：落料；使用復(fù)合沖孔模具，一次成型零件上 Φ40mm 大孔以及 2×Φ10mm 小孔；使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案三：使用復(fù)合模具一次完成零件上 Φ40mm 大孔以及 2×Φ10mm 小孔 沖孔以及落料。使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板。 方案四：落料；使用簡(jiǎn)單沖孔工具，沖出中心 Φ40mm 大孔；使用彎 曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板；使用簡(jiǎn)單沖孔工具， 沖出兩邊 2×Φ10mm 小孔。 方案五：落料；使用彎曲模具，折彎零件上 12.8mm 的折彎板；使用 復(fù)合沖孔模具，一次成型零件上 Φ40mm 大孔以及 2×Φ10mm 小孔。 方案一、方案二、方案三都是先沖出孔 2×Φ10mm，然后再折彎，經(jīng)計(jì)算可 知折彎中心距孔邊緣小于最小孔邊距，因此不合適。方案五的折彎放在落料后， 其定位很難確定。方案四采用單工序模具，工序安排合理，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利 于加工。因此首選方案四。 3.3 排樣設(shè)計(jì) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 毛坯展開圖尺寸的確定 彎曲圓角半徑 r=2mm，t=3mm.由于 r/t=0.67>0.5，稱為有圓角半徑彎曲，其 毛坯展開尺寸為： L=∑L 直線 +∑L 圓弧 （3.1） 式中：L--------彎曲件毛坯展開長(zhǎng)度，單位為 mm; ∑L 直線 ---直線部分的各段長(zhǎng)度，單位為 mm; ∑L 圓弧 ---圓弧部分的各段長(zhǎng)度，單位為 mm; 圓弧長(zhǎng)度： L 圓弧 = = +xt (3.2) 2????360°??????180°（ ?? ） 式中： -----彎曲帶中心角，單位為 °。?? 圖 3.1 零件展開圖 中性層的曲率半徑和彎曲變形程度有關(guān)，當(dāng)變形程度比較的大時(shí)中性層會(huì)向 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 內(nèi)側(cè)移動(dòng)。由表 3.1 可知 x=0.27， 表 3.1 中性層位移系數(shù) X 的值 r/t 0~0.5 0.5~0.8 0.8~2 2~3 3~4 >4 x 0.16~0.25 0.25~0.3 0.3~0.35 0.35~0.4 0.4~0.45 0.45~0.5 由以上可以算出：L 圓弧 = +xt ????180°（ ?? ） = +0.27*3 ???90°180°（ 2 ） =4.14（mm） L 直線 =8.8mm 可得： L=L 直線 + L 圓弧 =8.8+4.14=12.94（mm） 查表 3.2 可得：取工件與工件之間的距離 a=2mm，工件與條料的搭邊值 b=2mm，在采用直排、對(duì)排等排樣方式后，經(jīng)過(guò)計(jì)算，選取材料利用率最高， 而且便于沖裁、符合要求的排樣方式。 表 3.2 最小搭邊值 材料厚度 工件間 a 沿邊 b 2.5~3.0 1.8 2.2 3.0~3.5 2.2 2.5 3.5~4.0 2.5 2.8 確定工件排樣方式如圖 3.2。 步距為：S=90.01mm； 條料寬度：B=80.94mm ； 一個(gè)步距內(nèi)制件的實(shí)際面積：A=4547.51mm 2 圖 3.2 零件毛坯排樣圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 材料的利用率 為：?? (3.3) ??=??????×100% = 4547.5190.01×80.94×100% =61.94% 4 模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 13 4 模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.1 落料模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 沖裁間隙是沖裁件中凸模與凹模刃口之間的間隙。凸模與凹模每側(cè)的間隙 稱為單面間隙，用 Z/2 表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用 Z 表示；沖裁間 隙對(duì)沖裁過(guò)程有著很大的影響；對(duì)沖裁件的質(zhì)量起決定性的作用；對(duì)沖壓力和 模具壽命也有較大的影響。 查表 4.1 可得：沖裁模初始雙面間隙：Z max=0.640mm，Z min=0.460mm。 表 4.1 沖裁模初始雙面間隙 材料厚度 Zmin Zmax 2.75 0.400 0.500 3 0.460 0.640 3.5 0.540 0.740 4.1.1 沖壓力計(jì)算 沖裁力是沖裁過(guò)程中凸模對(duì)凹模施加的壓力。在沖裁過(guò)程中，沖裁力是隨 凸模進(jìn)入板料的深度（凸模行程）而變化的。沖裁力的大小主要與材料的力學(xué) 性能、厚度、沖裁件輪廓周長(zhǎng)及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度等有重 要關(guān)系。在落料工序，選擇用平刃口沖裁，正裝落料模。 根據(jù)工序圖 4.1 可知沖裁長(zhǎng)度 L=326.5587mm 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 4.1 零件毛坯圖 由零件圖可知，工件材料為 Q235，查表 4-2，可知材料的抗剪強(qiáng)度 b=370MPa，由零件圖可知厚度 t=3mm。?? 表 4.2 Q235 的材料性能 材料 抗剪強(qiáng)度 τ\MPa 抗拉強(qiáng)度 δb\MPa 屈服強(qiáng)度 δs\MPa 延伸率 δu\% 切入率 K\% 彈性模量 E\MPa Q235 310~380 380~470 235 21~25 63 2×105 落料沖裁力 F： F=KLt b (4.1)?? 式中：F—沖裁力，單位為 N； K—系數(shù)，是考慮模具刃口磨損，間隙不均勻，材料機(jī)械性能 及厚度的波動(dòng)等實(shí)際因素而給出的修正量，一般取 K=1.3； t—材料厚度，單位為 mm； b—材料的抗剪強(qiáng)度，單位為 MPa。?? 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 可得： F= KLt b?? =1.3×326.5587×3×370 =471224 N =471.2 KN 由于沖裁時(shí)材料的彈性變形及摩擦的存在，當(dāng)沖裁工作結(jié)束時(shí)，沖制的零件 及廢料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使帶孔部分的板料緊箍在凸模上，而沖下部分的材料 則緊卡在凹模洞口中。為繼續(xù)沖裁，必須將箍在凸模板上的料卸下，將卡在凹 模內(nèi)的料推出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中 的材料推出所需的力稱為推件力，將卡在凹模中的材料逆著沖裁力方向頂出所 需的力稱為頂件力。由于本工序采用彈性卸料裝置和自然落料方式，所以總沖 壓力為： F 落 =F+FT+FX (4.2) 式中：F 落 —總沖壓力，單位為 N； FT---推件力，單位為 N； FX---壓料力，單位為 N。 FT=nKTF (4.3) 式中：n---同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)，n=h/t； KT---推件力系數(shù)； FT---推件力，單位為 N。 n=h/t (4.4) 式中：h---凹?？椎闹比斜诟叨?，單位為 mm； t---材料厚度，單位為 mm。 FX=KXF 式中：K X---卸料力系數(shù)。 查表 4.3 可得推件力系數(shù)、卸料力系數(shù)：K T=0.045，K X=0.031，由于沖件料 厚 t≤3mm，有 h=3mm； 代入數(shù)據(jù)得：F T=0.045×471.2=21.2 KN KX=0.031×471.2=14.6 KN 有： F 落 =471.2+21.2+14.6=507 KN 選用公稱壓力為 600KN 的壓力機(jī)能滿足沖壓力要求。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 4.3 卸料力、推件力及頂件力的系數(shù) 材料厚度/mm KX KT KD 約 0.1 0.065~0.075 0.1 0.14 0．1~0.5 0.045~0.055 0.063 0.08 0.5~2.5 0.04~0.05 0.055 0.06 2.5~6.5 0.03~0.04 0.045 0.05 4.1.2 凸、凹模刃口尺寸及公差計(jì)算 落料沖裁凹凸模由于凹凸模形狀復(fù)雜，所以采用配做加工方式，這種加工方 法的特點(diǎn)是模具的間隙由配作保證，工藝比較簡(jiǎn)單，不必校核 dt+ da≤Z max-Zmin 條件，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差（一般可取沖裁件工件公差的 1/4） ， 使制造容易。以凹模為基準(zhǔn)，配作凸模。凹模磨損后其尺寸變化有兩種情況： 磨損后變大的尺寸為： ； ；查表 4.4 可得磨損系數(shù)：?64 +0.050 ??10+0.020 X1=1，X 2=1； 表 4.4 磨損系數(shù) X 材料厚度/mm 1 0.75 0.5 1~2 ＜0.20 0.21~0.41 ≥0.42 2~4 ＜0.24 0.25~0.49 ≥0.50 ＞4 ＜0.30 0.31~0.59 ≥0.60 代入公式：A a= (A+X△ )+0.25△0 (4.5) 式中：A a----凹模刃口尺寸，單位為 mm； A----凹模磨損后可能變大的尺寸，單位為 mm； X----磨損系數(shù)，X 值在 0.5～1 之間，它與沖裁件精度有關(guān)； △---沖裁件的制造公差，單位為 mm。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 可得： Aa1= = mm（ 64-1×0.05） +0.025×0.050 63.95+0.01250 Aa2= = mm（ 10?1×0.02） +0.25×0.020 9.98+0,0050 由以上可知：落料凸模的刃口尺寸按照凹模的實(shí)際刃口尺寸配制，保證間隙 （0.460～0.640）mm。 4.1.3 落料模具裝配簡(jiǎn)圖 圖 4.2 落料模具裝配件圖 模具工作過(guò)程 其工作過(guò)程為：模具處于開模狀態(tài)，將條料沿導(dǎo)料 板送入模具，當(dāng)條料料頂端碰到擋料銷時(shí)，停止送料，驅(qū)動(dòng)沖壓機(jī)，模具開始 合模，卸料板首先接觸零件，在彈簧的作用下，零件被壓緊在凹模板上，然后 繼續(xù)合模，凸模沖裁帶料，菱形墊片毛坯料被沖落，之后在凸模的推動(dòng)下，由 凹模上的落料孔落下，模具閉合完成；然后模具開始開模，在卸料板的作用下， 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 帶料從凸模上脫落下來(lái)，帶料不會(huì)被拖帶出導(dǎo)料銷范圍，待模具開模完成，則 完成一次落料過(guò)程。重復(fù)以上步驟以進(jìn)行下一次落料。 4.2 沖 的沖孔模具的設(shè)計(jì)及計(jì)算 ?40 +0.050 4.2.1 沖壓力計(jì)算 根據(jù)工序圖 4.3 可知，沖 的沖裁長(zhǎng)度 L=125.66mm，?40 +0.050 圖 4.3 零件沖大空簡(jiǎn)圖 可知材料的抗剪強(qiáng)度 b=370MPa，由零件圖可知工件厚度 t=3mm。?? 由公式 F=KLt b計(jì)算得：?? F=1.3×125.66×3×270=181332 N=181.3 KN 由于采用彈性卸料裝置和自然漏料方式，總沖壓力為：F 大孔 =F+FT+FX； 查表 4.2 可得 KT=0.045，K X=0.031，由于沖件料厚 t≤3mm，有 h=3mm，由 n=h/t 得： n=3/3=1； 由公式 FT=nKTF，F(xiàn) X=KXF 可計(jì)算得： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 FT=181.3×0.045×1=8.16 KN； FX=181.3×0.031=5.6 KN 則總沖壓力： F 大孔 =181.3+8.16+5.6=195.1 KN 選用公稱壓力為 300 KN 的壓力機(jī)。 4.2.2 凹凸模刃口尺寸及公差計(jì)算 由于本工序?yàn)闆_孔，沖裁形狀簡(jiǎn)單，采用凹模與凸模分開加工。采用凹模 與凸模分開加工，其優(yōu)點(diǎn)是凸、凹模具有互換性，便于成批制造。但受沖裁間 隙的限制，要求凸、凹模的制造公差較小。查表 4-4 可得磨損系數(shù)：X 3=0.75； 查表 4.5，可知凸、凹模的制造公差： t1=0.020， a1=0.030；?? ?? 表 4.5 凸模、凹模的制造公差 基本尺寸 凸模偏差 δp 凹模偏差 δd ≤18 0.022 0.020 ＞19~30 0.020 0.0325 ＞30~80 0.020 0.030 ＞80~120 0.025 0.035 ＞120~180 0.030 0.040 ＞180~260 0.030 0.045 ＞260~360 0.035 0.050 ＞360~500 0.040 0.060 ＞500 0.050 0.070 代入公式： dt1= (4.6)（ ????????+??3?） 0?????1 da1= (4.7)（ ????1+????????） +????10 式中： 、 d a1---沖孔凸、凹模刃口尺寸，單位為 mm；????1 ------沖孔件孔的最小極限尺寸，單位為 mm；???????? --------磨損系數(shù)；??3 、 ---凸、凹模的制造公差，單位為 mm；????1????1 △--------沖裁件的制造公差，單位為 mm； ------最小合理間隙，單位為 mm。???????? 可得： 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 dt1= = mm（ 40+0.75×0.05） 0?0.02040.03750?0.020 da1= = mm（ 40.0375+0.460） +0.0300 40.4975+0,0300 經(jīng)校核可知：d t1+ da1≤Z max-Zmin（0.020+0.030≤0.640-0.460）成立，所 以設(shè)計(jì)合理。 4.2.3 孔 模具裝配簡(jiǎn)圖?40 +0.050 模具工作過(guò)程 模具處于開模狀態(tài)時(shí)，將推件桿手動(dòng)拉開，然后將零件放 置于兩個(gè) T 型擋料板之間，緊靠 T 型擋料板，松開推料件，使零件加緊于 T 型 擋料板與推件桿之間，完成定位后，驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)，模具開始進(jìn)行合模動(dòng)作，待 卸料板首先壓緊零件，之后，凸模在零件上沖出 φ40 大孔，之后廢料由凹模上 的落料孔自行落下，合模過(guò)程完成；之后模具開始開模動(dòng)作，在卸料板的作用 下，沖孔成型的零件不會(huì)隨凸模被拉離凹模表面，依然留在 T 型導(dǎo)料板與推料 桿之間，待開模完成后，由手動(dòng)拉開推料件，將零件取出。重復(fù)以上步驟，進(jìn) 行下一零件的沖孔工作。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 （a）主視圖 （b）俯視圖 圖 4.4 孔 模具裝配簡(jiǎn)圖?40 +0.050 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4.3 彎曲模的設(shè)計(jì)及計(jì)算 4.3.1 彎曲力計(jì)算 本工序采用 90°V 型彎曲，正裝彎曲模，采用頂桿頂出工件方式。其彎曲 投影面積為 0，故校正彎曲力為 0。工件材料為 Q235，查表 4.6 可知：工件單 角校正彎曲時(shí)的角度回彈值選 0°。 表 4.6 單角校正彎曲的角度回彈值 材料 ≤1 ＞1~2 ＞2~3 Q235 -1°~1°30’ 0°~2° 1°30’~2