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沖壓模具設(shè)計中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學(xué)機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當(dāng)發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設(shè)計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設(shè)計沖模的優(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導(dǎo)致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復(fù)雜形狀的零件，當(dāng)起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當(dāng)通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關(guān)聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復(fù)雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當(dāng)前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應(yīng)的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當(dāng)前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當(dāng)前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設(shè)計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設(shè)計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學(xué)是用CAD或PRO/E軟件來設(shè)計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應(yīng)的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學(xué)而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當(dāng)前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應(yīng)變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當(dāng)前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設(shè)置，沖頭的速度一般設(shè)置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設(shè)置在0.1。 圖3 金屬板料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關(guān)錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關(guān)重要尺寸。在當(dāng)前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關(guān)的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應(yīng)變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應(yīng)變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設(shè)當(dāng)起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關(guān)聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復(fù)雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設(shè)計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應(yīng)該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設(shè)計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設(shè)計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當(dāng)板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應(yīng)用到如圖11所示，從而使得模具設(shè)計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設(shè)計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應(yīng)的順序被應(yīng)用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設(shè)計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設(shè)計理想產(chǎn)品的沖壓模具設(shè)計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設(shè)計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設(shè)計，如圖12所示。隨著設(shè)計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預(yù)想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當(dāng)金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導(dǎo)致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導(dǎo)致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設(shè)計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設(shè)計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學(xué)委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學(xué)雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當(dāng)用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 下模座機械加工工藝過程卡 機械加工工藝過程卡片 產(chǎn)品型號 零（部）件圖號 03 產(chǎn)品名稱 零（部）件名稱 下模座 共（ ）頁 第（ ）頁 材料牌號 Q235 毛坯 種類 板料 毛坯外型尺寸 280mm×180mm×120mm 件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 1 備注 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 車間 設(shè)備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 1 備料 鑄造毛坯 下料車間 2 刨平面 刨上、下平面，保證尺寸110 模具車間 牛頭刨床 3 磨平面 磨上、下平面，保證尺寸100 模具車間 平面磨床 4 鉗工劃線 劃槽，劃螺紋孔線及各型孔線 模具車間 車床 5 銑床加工 按線銑前后平面尺寸至160，銑上、下平面和槽 模具車間 銑床 6 鉆床加工 鉆螺紋孔并攻絲 模具車間 立式鉆床 7 鏜孔 和上模重疊，一起鏜孔至圖紙要求 模具車間 鏜床 8 鏜孔 與凸凹模固定板重疊，鏜孔 鏜床 9 檢驗 標記 記數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 更該 文件號 設(shè)計日期 審 核 日 期 標準化日期 會簽 日期 河南機電高等?？茖W(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 支架模具設(shè)計 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責(zé)人： 年 月 日 支架沖壓工藝及模具設(shè)計 摘要 本設(shè)計題目為Z形彎曲模設(shè)計，體現(xiàn)了典型Z形彎曲模的設(shè)計要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計意義。通過對該零件模具的設(shè)計，進一步加強了設(shè)計者對彎曲模設(shè)計的基礎(chǔ)知識的了解與掌握，為設(shè)計更復(fù)雜的彎曲模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。 本設(shè)計運用彎曲成型工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，首先分析了板材的性能要求，為選取模具的類型做好了準備；然后計算了彎曲件的彎曲力，便于選取壓力機噸位及確定壓力機型號；最后分析了彎曲件的特征，確定模具的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計要點及頂出裝置的選取。 本設(shè)計采用了組合上下模成型Z形件，這種結(jié)構(gòu)能有效的防止坯料的偏移，成形機構(gòu)動作靈活可靠，設(shè)計方便，非常適合在本副模具中使用。 關(guān)鍵詞：彎曲模 組合凸模 組合凹模 Piank flection of models the foundation and the moiding tool desing Abstract This design topic is a Z form flection the mold design, body now the typical model Z form flection mold of the design request,contents and direction, there is certain design meaning.Foundation knowledge passed the design to the spare parts' molding tool, strengthenned the design flection a mold a design further, for design a more complicated bent molding tool to have done cushion and absorbed deeper experience. This design usage flection models the foundation knowledge of the craft and the molding tool design, analyzing the function request of the plank material first, having done preparation for the type that selects by examinations a molding tool;Then compute the bent dint of the bent piece, the easy to selection pressure machine tonnage and make sure pressure model number;Analyzed the characteristic of the bent piece finally, make sure the design parameter of the molding tool and design the important point and crest selection for equip. This design adopted the combination top and bottom mold to model a Z form piece, this kind of structure can keep from anticipate effectively of be partial to move, take shape organization to act vivid credibility, design convenience, suit to use in this vice- molding tool very much. Keywords:Bent mold; composite punch; composite die 河南機電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計題目： 支架的模具設(shè)計 起 迄 日 期: 2009年 3 月 11日~ 5 月20日 指 導(dǎo) 教 師: 2009 年 3 月 12 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計課題來源及應(yīng)達到的目的： 本次的彎曲模設(shè)計來源于沖壓模具設(shè)計與制造。 達到的目的：鞏固所學(xué)專業(yè)知識和熟練操作計算機的能力，同時也認識到了自己在各方面的不足，需要改進和向虛心地別人學(xué)習(xí)請教。 2．本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 課題內(nèi)容：設(shè)計一套支架的模具 1.支架的工藝分析 2.制件工藝方案的確定 3.主要設(shè)計計算 4.模具總體設(shè)計 5.模具總裝配 所在專業(yè)審查意見： 負責(zé)人： 年 月 日 系部意見： 系領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 河南機電高等?？茖W(xué)校 材料工程系模具設(shè)計與制造專業(yè) 畢 業(yè) 實 習(xí) 報 告 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 成 績： 2009年4月 河南機電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)設(shè)計題目：支架沖壓工藝及模具設(shè)計 系 部 材料工程系 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2009年5月15日 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 緒 論 1.國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低不僅是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，而且在很大程度上決定著這個國家的產(chǎn)品質(zhì)量、效益及新產(chǎn)品開發(fā)能力。 我國目前的模具開發(fā)制造水平比國際先進水平至少相差10年，特別是大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出，已成為嚴重制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。 模具是工業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備，在電訊、汽車、摩托車、電機、電器、儀器、家電、建材等產(chǎn)品中，80%以上都要依靠模具成形，用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對模具提出越來越高的要求，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具的需求發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”；德國則認為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力”，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力”。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興的電子工業(yè)。 　　 　　我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，預(yù)計到2009年，僅汽車行業(yè)將需要各種塑料制件36萬噸；電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過1000萬臺；彩電的年產(chǎn)量已超過3000萬臺。到2010年，在建筑與建材行業(yè)方面，塑料門窗的普及率為30%，塑料管的普及率將達到50%，這些都會大大增大對模具的需求量。 　　近年來，我國的模具工業(yè)一直以每年13%左右的增長速度快速發(fā)展。據(jù)預(yù)測，我國模具行業(yè)在“十五”期間的增長速度將達到13%～15%。模具鋼的需求量也將以年12%的速度遞增，全國年需求量約70萬噸左右，而國產(chǎn)模具鋼的品種只占現(xiàn)有國外模具鋼品種的60%，每年進口模具鋼約6萬噸。我國每年進口模具約占市場總量的20%左右，已超過10億美元，其中塑料與橡膠模具占全部進口模具的50%以上；沖壓模具占全部進口模具約40%。 　　目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水準已取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備還很少，許多先進的技術(shù)如CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率還不高，特別是大型、精密、復(fù)雜和長壽命模具遠遠不能滿足國民經(jīng)濟各行業(yè)的發(fā)展需要。 　　縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水準的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。目前，我國模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具的比重，質(zhì)中求效益，提高模具的國產(chǎn)化程度，減少對進口模具的依賴。 　　現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標準化、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進的設(shè)計與制造技術(shù)、專用的機床設(shè)備，更重要的是生產(chǎn)技術(shù)的管理等。21世紀模具行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需要?？梢?，未來我國模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⑹牵? 　　——大力普及、廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)，逐步走向集成化?，F(xiàn)代模具設(shè)計制造不僅應(yīng)強調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。 　　——在塑料注射成型模具中，積極應(yīng)用熱流道，推廣氣輔或水輔注射成型，以及高壓注射成型技術(shù)，滿足產(chǎn)品的成型需要。 　　——提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。我國模具商品化、標準化率均低于30%，而先進國家均高于70%，每年我們要從國外進口相當(dāng)數(shù)量的模具標準件，其費用約占年模具進口額的3%～8%。 　　——發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)，迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具，降低成本推向市場。 ——推廣應(yīng)用高速銑削、超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝，滿足模具制造的需要。 　　——開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)，提高模具的可靠性。 　　——研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)、逆向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率。 　　——開發(fā)新的成型工藝與模具，以滿足未來的多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計技術(shù)。 　　在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重人才的培養(yǎng)，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。 1.2國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，我們既要看到成績，又要重視落后，要抓住機遇，采取措施，在經(jīng)濟全球化趨向日漸加速的情況下，盡快提高塑料模具的水平，融入到國際市場中去，以促進中國模具行業(yè)的快速發(fā)展，有兩方面應(yīng)予以重視： 一是政府相關(guān)政策對促進模具工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用。從國際上看，各國模具工業(yè)在發(fā)展初期都得到了政府的大力扶持。就中國實際情況看，應(yīng)降低國內(nèi)不能生產(chǎn)的進口精密模具生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)稅、執(zhí)行好國家對部分專業(yè)模具廠的優(yōu)惠政策等，通過政策引導(dǎo)作用可加快行業(yè)的發(fā)展和進步。 二是隨著市場的發(fā)展，塑料新材料及多樣化成型方式今后必然會不斷發(fā)展，因此對模具的要求也越來越高。為了滿足市場需要，未來的塑料模具無論是品種、結(jié)構(gòu)、性能還是加工都必將有較快發(fā)展，而且這種發(fā)展必須跟上時代步伐。 據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，未來我國模具發(fā)展趨勢包括10個方面： 一、模具日趨大型化。 二、模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達到2-3微米，1微米精度的模具也將上市。 三、多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對鋼材的性能要求越來越高。 四、熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。 五、隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。 六、標準件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標準化及模具標準件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。 七、快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊。 八、隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。同時對壓鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來越高的要求。 九、以塑代鋼、以塑代木的進程進一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。由于機械零件的復(fù)雜程度和精度的不斷提高，對塑料模具的要求也越來越高。 十、模具技術(shù)含量將不斷提高。 ?? 經(jīng)過近幾年的發(fā)展，塑料模具的開發(fā)、創(chuàng)新和企業(yè)管理等方面已顯示出一些新的發(fā)展趨勢： ????（1）在模具的質(zhì)量、交貨周期、價格、服務(wù)四要素中，已有越來越多的用戶將交貨周期放在首位。要求模具公司盡快交貨，這已成為一種趨勢。企業(yè)千方百計提高自己的適應(yīng)能力、提高技術(shù)水準、提高裝備水平、提高管理水平及提高效率等都是縮短模具生產(chǎn)周期的有效手段。 ????（2）大力提高開發(fā)能力，將開發(fā)工作盡量往前推，直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去，甚至在尚無明確用戶對象之前進行開發(fā)，變被動為主動。目前，電視機和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法，手機和電話機模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同，才能根據(jù)用戶要求進行模具設(shè)計的被動局面。 ????（3）隨著模具企業(yè)設(shè)計和加工水平的提高，模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g(shù)。這不僅是生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變，也是生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和觀念的上升。這一趨勢使得模具的標準化程度不斷提高，模具精度越來越高，生產(chǎn)周期越來越短，鉗工比例越來越低，最終促進了模具工業(yè)整體水平不斷提高。中國模具行業(yè)目前已有10多個國家級高新技術(shù)企業(yè)，約200個省市級高新技術(shù)企業(yè)。與此趨勢相適應(yīng)，生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型人才是必然要求。當(dāng)然，目前及相當(dāng)長一段時間內(nèi)，技藝型人才仍十分重要，因為模具畢竟難以完全擺脫對技藝的依靠。 ????（4）模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。在信息社會中，作為一個高水平的現(xiàn)代模具企業(yè)，單單只是CAD/CAM的應(yīng)用已遠遠不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其它先進制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，這些都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已成為行業(yè)共識。 ????（5）隨著人類社會的不斷進步，模具必然會向更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展?，F(xiàn)在，能把握機遇、開拓市場，不斷發(fā)現(xiàn)新的增長點的模具企業(yè)和能生產(chǎn)高技術(shù)含量模具企業(yè)的業(yè)務(wù)很是紅火，利潤水平和職工收入都很好。因此，模具企業(yè)應(yīng)把握這個趨向，不斷提高綜合素質(zhì)和國際競爭力。 （6）發(fā)達工業(yè)國家的模具正加速向中國轉(zhuǎn)移，其表現(xiàn)方式為：一是遷廠，二是投資，三是采購。中國的模具企業(yè)應(yīng)抓住機遇，借用并學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，加快自己的發(fā)展步伐。 目前，我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝、模具標準化、模具設(shè)計、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達的國家尚有相當(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)達國家的模具相比差距相當(dāng)大。 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)其中最后一個實踐環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。在學(xué)校的近三年學(xué)習(xí)中，已完成了模具專業(yè)教學(xué)計劃中所要求的理論課程。在畢業(yè)前夕，通過畢業(yè)設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，進行已學(xué)知識的全面總結(jié)和應(yīng)用，提高綜合能力的培訓(xùn)及擴大模具領(lǐng)域的新知識。 畢業(yè)設(shè)計其目的在于鞏固所學(xué)知識，熟悉有關(guān)資料，樹立正確的設(shè)計思想，掌握設(shè)計方法，培養(yǎng)實際工作能力。通過設(shè)計，使我在工藝性分析、工藝方案論證、工藝計算、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計、編寫技術(shù)文件和閱讀技術(shù)文獻等方面受到一次綜合訓(xùn)練。 畢業(yè)設(shè)計要達到的具體要求是： 1.系統(tǒng)總結(jié)，鞏固過去所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)課知識。 2. 運用所學(xué)知識解決模具技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的實際工程問題，以此進行綜合知識的訓(xùn)練。 3.通過某項具體工程設(shè)計和實驗研究，達到多種綜合能力的培養(yǎng)，掌握設(shè)計和科研的基本過程和基本方法。 4.提高和運用與工程技術(shù)有關(guān)的人文科學(xué)，價值工程和技術(shù)經(jīng)濟的綜合知識。 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15％左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大的變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速的發(fā)展。 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著我國經(jīng)濟的騰飛和產(chǎn)品制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，模具制造業(yè)也相應(yīng)進入了高速發(fā)展的時期。據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1995年我國模具工業(yè)總產(chǎn)值約為145億，而2003年已達450億左右，年均增長14%。另據(jù)統(tǒng)計，我國（不含臺灣、香港、澳門地區(qū)）現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠點已超過20000家，從業(yè)人員有60萬人，模具年產(chǎn)值在一億以上的企業(yè)已達十多家?？梢灶A(yù)見，我國經(jīng)濟的高速發(fā)展將對模具提出更為大量、更為迫切的需求，特別需要發(fā)展大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具。同時要求模具設(shè)計、制造和生產(chǎn)周期達到全新的水平。我國模具制造業(yè)面臨著發(fā)展的機遇，無疑也面臨著更大的挑戰(zhàn)。 我做的是冷沖壓模具設(shè)計，冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得需要零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。因為它通常是在室溫下進行加工，所以稱為冷沖壓。 冷沖壓與其他加工方法相比，具有獨到的特點，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多地采用冷沖壓加工產(chǎn)品零部件，如汽車、拖拉機、電器、儀表、電子、國防以及日用品等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重相當(dāng)大。不少過去有鑄造、鍛造、切削加工方法制造的零件，現(xiàn)在已經(jīng)被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替。通過沖壓加工制造，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本?？梢哉f如果在生產(chǎn)中不廣泛采用沖壓工藝，許多工業(yè)部門的產(chǎn)品要提高生產(chǎn)率，提高質(zhì)量，降低成本，進行產(chǎn)品的更新?lián)Q代是難以實現(xiàn)的。 在大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學(xué)習(xí)的目的于模具設(shè)計這個實踐性非常強的設(shè)計課題，我們進行了大量的實習(xí)。經(jīng)過在新飛電器有限公司、洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習(xí)，我對模具特別是沖壓模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認識，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了零的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關(guān)資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設(shè)計中，充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進行充分討論，盡了最大努力做畢業(yè)設(shè)計。 在設(shè)計的過程中，雖然有一定的困難，但在指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)、同學(xué)間的討論和自己的努力下，自信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于我的水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中難免會出現(xiàn)疏漏和不妥之處，敬請各位老師指正。 設(shè)計者：申迎隆 2009.03.11 二 支架彎曲件工藝性分析 此工件為典型Z形彎曲件。材料為AL，材料硬度較小，彎曲過程中會產(chǎn)生回彈，彎曲性能適中。但工件結(jié)構(gòu)簡單，尺寸公差等級IT14級均為自由公差，工件整體上看，尺寸精度較低，普通彎曲成型完全能滿足要求.但由于彎曲件左右不對稱，在彎曲過程中，由于摩檫阻力不均勻，坯料會產(chǎn)生滑動，造成偏移。因此，在設(shè)計過程中，如何防止回彈，便移和彎裂是最主要的。 三 彎曲工藝方案的確定 該工件彎曲成形，可以采用一次彎曲成形，也可以采用二次彎曲成形，如今有以下兩種彎曲方案供選擇： 方案一：采用一次彎曲成型，單工序生產(chǎn)。 如下圖所示： 圖一 方案二：采用兩次彎曲成型，先彎曲成L型，再彎曲成Z型，采用兩套單工序模生產(chǎn) 方案分析：方案一、模具結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造成本低，加工過程中，工件尺寸精度，位置精度均容易保證，成形效率高，定位塊能夠克服上，下模之間水平方向的錯移力，同時也為頂板導(dǎo)向，防止其竄動。采用組合結(jié)構(gòu)還能有效的防止坯料發(fā)生偏移。 方案二、模具結(jié)構(gòu)相對簡單，由于采用兩副模具進行彎曲成形，從而可以避免了方案一中的缺陷，提高了彎曲件的質(zhì)量，但由于采用兩副模具進行生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率較低。 綜上所述，經(jīng)過對兩種方案的比較分析可以看出，該工件的彎曲成型生產(chǎn)采用方案一比較合理。 四 主要設(shè)計計算 4.1彎曲件毛坯坯料尺寸的計算 L= 式中: L——彎曲件毛坯長度（mm）; ——彎曲件各直線段長度之和（mm）; ——彎曲件各部分（圓弧部分）應(yīng)變中性層展開長度之和（mm）; 圖二 由圖可知： 式中：，，——彎曲件直邊部分長度（mm） 查《模具設(shè)計大典3》得公式： 式中：——彎曲中心角； X——中性層位移系數(shù)，查〈〈沖壓模具設(shè)計與制造〉〉教程，表3.4.1得X=0.46； 所以： =3.14×90×（2+0.46×1.2）/180 =4 毛坯長度： =3+12.1+17.5+4×2 =40.6mm 4.2彎曲應(yīng)力的計算 該模具工件屬于自由彎曲成型，所以Z形件彎曲力： = 式中：——自由彎曲在沖壓行程結(jié)束時的彎曲力(N); B——彎曲件的寬度,B=12.7 mm; t ——彎曲材料的厚度(mm); r ——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑(mm); ——材料的抗拉強度(MPa); K——安全系數(shù),一般取K=1.3。 = ＝2860.3575N 4.3 壓料力的計算 根據(jù)<<沖壓模具設(shè)計與制造>>公式(3.5.4),如果彎曲模設(shè)有頂出裝置或壓料裝置時,其頂出力可以近似取自由彎曲力的30% ～ 80%即: =(0.3 ～ 0.8) 在此取: =0.6 =0.6×2860.3575 =1716.2145N 4.4 壓力機公稱壓力的確定 根據(jù)<<沖壓模具設(shè)計與制造>>公式(3.5.5)即: (1.2 ～ 1.3) (+) 考慮到彎曲工件板料較厚,而且板寬也較大,壓力機公稱壓力應(yīng)取值偏大為宜。 在此取: 1.3(+) =1.3 × (2860.3575+1716.2145) = 5949.5436N 根據(jù)計算結(jié)果,查<<模具實用技術(shù)手冊>>表2-3初選壓力機為：J23-3.15。 4.5 彎曲模工作部分尺寸的設(shè)計 由方案一可知,所設(shè)計的組合模整個工作原理可分為兩部分: 首先，組合上模在下行過程中，接觸工件并壓緊，防止毛坯移動。然后進行彎曲成形。 4.5.1 凸模圓角半徑的設(shè)計 因為=1.67, 值較小,所以取=r=2 mm 4.5.2 凹模圓角半徑 凹模圓角半徑不能過小，以免檫傷工件表面，影響沖模壽命。 根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知: 當(dāng)t< = 2 mm 時, =(3 ～ 6) t 從保證制件精度要求考慮,特別是所設(shè)計的彎曲復(fù)合模值不宜取大值。在此?。海? t ＝3 × 1.2 ＝3.6 mm 。 4.5.3回彈值的確定 當(dāng)相對彎曲半徑較小時，卸載后彎曲件圓角半徑的變化很小，可以不予考慮，但彎曲件所用材料為AL，硬度不太大，彎曲后會有一定的回彈?？梢圆扇⊙娱L彎曲時間，或進行二次彎曲的方法來解決。 五 模具類型的選擇 5.1具體結(jié)構(gòu)選擇 由彎曲工藝分析可知,采用組合模,具體結(jié)構(gòu)如下圖所示: 圖三 彎曲模結(jié)構(gòu) 彎曲坯料由前一沖裁工序準備尺寸為:40.6 mm x 12.7m ,板料由前方送進,送料方向定位由限位釘限位,右方向由定位塊定位。板料定位后,上模下行,在橡皮的作用下，組合上模同時接觸坯料，在上模繼續(xù)下行的過程中，橡皮被壓縮，組合凸模右半部分繼續(xù)壓入凹模，同時把板料拉入模腔內(nèi),進行彎曲動作;當(dāng)凸模壓入凹模深度5 mm時,彎曲完成，上?；爻虝r，橡皮恢復(fù)原來狀態(tài)，在此過程中，將制件頂出，然后制件由人工取出。繼續(xù)進行下次彎曲。 5.2 定位方式的選擇 因為模具采用的是前一工序沖裁好的板料,板料由模具前方送進,送進方向在凹模的中間設(shè)有定位塊定位。 5.3 出件方式的設(shè)計 工件彎曲成形后在彎曲回彈力的作用下,工件會卡在凹模內(nèi),但由于橡皮在工作過程中聚積了很大的彈力，在上?；爻虝r，橡皮會釋放很大的彈力，于是，可以很方便的將制件從凹模形腔中頂出，然后人工取出。 5.4 卸料元件的設(shè)計 由以上計算可知卸料力為F=2860.3575N大，需要采用卸料力比較大的卸料裝置，采用聚氨酯橡膠較為合適。聚氨酯彈性體其材質(zhì)為聚氨酯橡膠是一種介于橡膠與塑料之間的高分子材料，可代替圓柱彈簧，橡膠等模具彈性元件。聚氨酯彈性體比橡膠能承受更大的負荷，具有較好的流動性，耐磨性，耐油性。其耐磨性是橡膠的5—10倍，耐油性是天然橡膠的5—6倍。其也易于機械加工在沖模中的應(yīng)用越來越多。 使用時可根據(jù)模具的空間尺寸和卸料力的大小，并參照聚氨酯橡膠塊的壓縮量，與壓力的關(guān)系，適當(dāng)?shù)倪x擇聚氨酯彈性的形狀和尺寸。如果需要用非標準的形狀的聚氨酯橡膠時，應(yīng)進行必要的計算。課本 5.4.1橡膠的設(shè)計計算： 5.4.1.1根據(jù)分析采用的彎曲力比較大，相應(yīng)的卸料力也比較大，要求卸料裝置的承載能力也比較大，所以采用橡膠最合適。 5.4.1.2根據(jù)卸料力求橡膠的橫截面積 由 FX≤FXY=Ap 可得，橡膠的橫截面面積為 A=FXY/p 式中：FXY——橡膠產(chǎn)生的壓力，設(shè)計時取大于或等于卸料力FX； p——橡膠所產(chǎn)生的單位面積壓力，與壓縮量有關(guān)，其值可按確定，設(shè)計時取預(yù)壓量下的單位面積； A——橡膠的面積 卸料板的工作行程： h工=h1+t 式中：h1——凸模進入凹模的深度17.5mm； t——板料的厚度 即： h工=17.5mm+3mm=20.5mm 橡膠的工作行程：H工=h工+h修 其中h修為凸模的修磨余量；根據(jù)模具設(shè)計壽命一般取17～19mm 這里取h=18mm。 即： H工=18mm+5mm=23mm 橡膠的工作高度取自由高度的40%，根據(jù)以上的計算可以得知橡膠的自由高度為 H自由=2.5H工=22.5mm 每塊橡膠承受的載荷為F1=F卸/4=2860.3575/4=715N q---橡皮在預(yù)壓縮狀態(tài)下的單位壓力：約為0.26～0.50Mpa 在此取q=0.4MPa 由上式 A=FXY/p=715/0.5=1430mm2 再由A可以計算出等效的外徑D=21.34mm 5.4.1.3橡膠的校核 橡膠的校核要求橡膠的高徑比在0.5-1.5之間則 0. 5＜HO/D=23/21.34=1.08＜1.5 即選8塊可以滿足加工要求。 六 工作零件的設(shè)計 6.1工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.1.1組合凸模的結(jié)構(gòu)草圖如下所示: 圖四 在組合凸模頂部鉆四個M10的螺釘孔和四個銷釘孔,凸模與定模座的配合按H7 / n6 配合。在底部鉆一螺孔用來與上墊板連接,由于其中一側(cè)與橡皮連接，由橡皮的高度可以確定凸模的高度，其中銷軸與銷孔采用H7 / m6 配合。 6.2凸模主要尺寸的計算 由于彎曲件的相對彎曲半徑較小，因此，可以減小凸模工作部分的尺寸，使凸模的主要作用力都集中在彎曲件的變形區(qū)，以改變彎曲件的應(yīng)力狀態(tài)達到減小回彈的目的，但容易產(chǎn)生壓痕。 寬度方向: 由彎曲件的寬度尺寸可知凸模的寬度尺寸: B = 12.7 mm; 從定位準確和加工難易程度并結(jié)合所加工零件的尺寸要求,凸模圓角半徑在此選R = 1.2 mm。 高度方向: 從整個模具的結(jié)構(gòu)分析，凸模在下行的過程中，考慮到毛坯的準確定位和避免發(fā)生偏移，凸模下端采用水平結(jié)構(gòu)，這樣在凸模接觸到毛坯時，就能夠壓緊毛坯，而不產(chǎn)生滑移，凸模繼續(xù)下行時，位于左半部分凸模上方的橡皮開始壓縮，從而完成彎曲過程。 經(jīng)過分析設(shè)計后，凸模其余尺寸的設(shè)計和具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計可參見上面的凸模零件圖所示。 6.3 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.3.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 考慮到凹模在彎曲時所受的彎曲力比較大,因此,對凹模的強度和剛度都要有較高的要求。為了保證凹模的強度和剛度,在此把凹模也做成組合式，便于加工和更換,其結(jié)構(gòu)草圖如下所示: 6.3.2凹模主要尺寸的設(shè)計 為了保證凹模有足夠的強度和剛度，與凸模結(jié)構(gòu)相似，凹模也設(shè)計成組合式的。 凹模的固定方式，采用螺釘與銷釘固定在下模座板上。 凹模其余尺寸的設(shè)計和凹模結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計可參見上面的凹模結(jié)構(gòu)零件圖所示。 6.4組合凸凹模零件材料的選用： 凸凹模零件選用要求如下：機械加工性能良好；易切削加工加工能得到高精度的零件的鋼種；鋼材的顯微組織均勻致密，耐磨性和抗疲勞性良好。彎曲模不僅受較大的彎曲力而且還受到較大的沖擊力，所以還要求模具材料有一定的耐磨性能。 選用的鋼種應(yīng)由彎曲件的材料、生產(chǎn)批量、制件的精度與制件表面質(zhì)量要求來確定。 根據(jù)零件材料選用原則，凸凹模均采用T10A,熱處理采用淬火，硬度可達53～58HRC，還便于同時進行熱處理，這類鋼主要用來加工制件形狀簡單，尺寸不大的模具。 6.5定位零件的設(shè)計 彎曲模的定位零件是用來保證毛坯在模具中的正確的位置。該模具采用的是條塊狀毛坯，模具送料平面中必須有兩個方向上的限位：一是在與條料方向垂直的方向上的限位，保證條料沿正確的方向送進。二是在送料方向上的限位。在模具中能準確的定位用定位塊或固定擋料銷。該模具的定位是用固定擋料銷，基本上可以保證在兩個方向的限位。 坯料的定位采用限位釘前方定位和定位塊左右定位，限位釘與凸模頂孔采用H7 / n6配合固定,定位塊采用銷釘定位,用螺釘固定在下模座上。 6.5.1定位銷的選擇： 因為固定擋料銷是標準件，根據(jù)制件的形狀和尺寸選擇的固定擋料銷的型號如表所示： 圖五 D d h L 數(shù)量 8 4 3 10 3 注：1.材料:45鋼 。 2.熱處理:硬度42～46HRC。 3.技術(shù)條件:按GB2870-81的規(guī)定。 6.6導(dǎo)向方式的選擇 為了提高模具壽命和工件質(zhì)量，方便坯料在工作臺中的放置，方便安裝，調(diào)整等因素該彎曲模采用后側(cè)導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。 6.7壓料零件的選用 這類零件的作用是保證沖壓完畢后，將工件從模具中排除，以便下次成形，所以采用上下凸凹模壓料。 6.8支撐零件的選用 采用上下模座。 6.9緊固零件的選用 采用緊固螺釘，45鋼，標準：GB/T70-2000和GB/T699。 七 壓力機的參數(shù)與較核 由前面壓力機公稱壓力計算初選的壓力機型號：J23-3.15，查《模具實用技術(shù)手冊》表2-3得壓力機主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力：31.5 KN ； 滑塊行程：25mm ； 最大裝模高度：120 mm ； 裝模高度調(diào)節(jié)量：25 mm ； 工作臺尺寸（前后×左右）：160mm ×250 mm ； 墊板尺寸（厚度）：30 mm ； 模柄孔尺寸：25 mm × 40 mm ； 最大傾斜角度： 由上述技術(shù)參數(shù)可知，所選壓力機J23-3.15型號可用。 總 結(jié) 本畢業(yè)設(shè)計是我進行完了三年的模具設(shè)計與制造專業(yè)課程后進行的，它是對我們?nèi)陙硭鶎W(xué)課程的又一次深入、系統(tǒng)的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實踐的訓(xùn)練。它可以說又是一次對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)的深入和系統(tǒng)掌握。 通過這次畢業(yè)設(shè)計使我從新系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了所學(xué)專業(yè)知識，同時也鞏固了先前學(xué)到的知識，同時感觸最深刻的是：所學(xué)知識只有在應(yīng)用中才能更深刻理解和長時間記憶。對一些原來一知半解的理論也有了進一步的的認識。特別是原來所學(xué)的一些專業(yè)基礎(chǔ)課：如機械制圖、模具材料、公差配合與技術(shù)測量、彎曲模具設(shè)計與制造等有了更深刻的理解，使我進一步的了解了怎樣將這些知識運用到實際的設(shè)計中。同時還使我更清楚了模具設(shè)計過程中要考慮的問題，如怎樣使制造的模具既能滿足使用要求又不浪費材料，保證工件的經(jīng)濟性、加工工藝的合理性。 在設(shè)計的過程中通過沖壓模具設(shè)計手冊、模具制造簡明手冊、模具標準應(yīng)用手冊等對所要設(shè)計的問題進行查詢，通過更多的途徑去了解我要做的設(shè)計，使設(shè)計更具合理性。也使我學(xué)會了設(shè)計過程中對資料的查詢和運用。通過這次設(shè)計，我更加深入地學(xué)習(xí)了冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容。冷沖壓技術(shù)工作設(shè)計的內(nèi)容包括彎曲工藝設(shè)計、模具設(shè)計及彎曲模制造三方面內(nèi)容，盡管三者的工作內(nèi)容不同，但三者之間存在著相互滲透、相互補充、相互依存的關(guān)系。 冷沖壓工藝設(shè)計是針對給定的產(chǎn)品圖樣，根據(jù)其生產(chǎn)批量的大小、沖壓設(shè)備的類型規(guī)格、模具制造能力及工人技術(shù)水平等具體生產(chǎn)條件，從對產(chǎn)品零件圖的彎曲工藝性分析入手經(jīng)過必要的工藝計算，制定出合理的工藝方案，最后編寫沖壓工藝卡的一個綜合分析、計算、設(shè)計過程。彎曲工藝方案的確定包括工序性質(zhì)、數(shù)量的確定，工序順序的安排，工序組合方式及工序定位方式的確定等內(nèi)容。 彎曲模具設(shè)計則是依據(jù)制定的沖壓工藝規(guī)程，在認真考慮毛坯的定位、出件、廢料排出諸問題以及模具的制造維修方便、操作安全可靠等因素后，設(shè)計計算并構(gòu)思出與沖壓設(shè)備想適應(yīng)的模具總體結(jié)構(gòu)，然后繪制出模具總裝圖和所有非標準零件圖的整個設(shè)計繪圖過程。 歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)模具方面的資料，請教指導(dǎo)老師有關(guān)模具方面的問題，并且和同學(xué)的探討模具設(shè)計在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對模具的認識有了一個質(zhì)的飛躍。 從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人認識事物所必經(jīng)的一般過程，我對模具的認識過程亦是如此。經(jīng)過近三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計一定能為三年的大學(xué)生涯劃上一個圓滿的句號，為將來走上工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)。 致 謝 首先感謝本人的導(dǎo)師原紅玲老師，她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。原紅玲老師淵博的知識，誠懇的為人，使我受益匪淺，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向他表示真誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等?？茖W(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)及實踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能。感謝各位老師在三年之中的教導(dǎo)和在做設(shè)計的過程中對我的幫助。使我在大學(xué)三年里不但學(xué)到了更多知識，而且學(xué)到了怎么做人、怎么做事。 我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認識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。畢業(yè)之后，我一定會努力工作的，不辜負各位老師對我們的深切期望，在這里向你們道一聲：老師你們辛苦了！ 最后深深地祝愿祝各位老師，身體健康、萬事如意！ 參考文獻 [1] 陳錫棟主編.實用模具技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001 [2] 李紹林主編.實用模具技術(shù)手冊[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社，1998 [3] 許發(fā)樾主編.實用模具設(shè)計與制造手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000 [4] 楊玉英主編.實用沖壓工藝及模具設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [5] 模具實用技術(shù)叢書編委會.沖壓設(shè)計應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社.1999 [6] 翟德梅主編.模具制造技術(shù)[M].河南機電高等?？茖W(xué)校 [8] 任嘉卉主編.公差與配合手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000 [9] 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