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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1緒 論
1.1冷沖壓在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。
模具可保證沖壓產(chǎn)品的尺寸精度。使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而在加工中不破壞產(chǎn)品表面。用模具生產(chǎn)零部件可以采用冶金廠大量生產(chǎn)的廉價(jià)的扎制剛板或剛帶為壞料，且在生產(chǎn)中不需加熱，具有生產(chǎn)效率高質(zhì)量好重量輕成本低且節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，是其它加工方法所不能比擬的。使用模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展。
目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用怒局成形工藝方法，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。一般壓力機(jī)加工，一臺(tái)普通壓力機(jī)設(shè)備每分鐘可生產(chǎn)零件幾件到幾十件，高速壓力機(jī)的生產(chǎn)率已達(dá)到每分鐘數(shù)百件甚至上千件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)汽車拖拉機(jī)電機(jī)電器儀器儀表等產(chǎn)品，游60%左右的零件是用模具加工出來的；而自行車手表洗衣機(jī)電冰箱及電風(fēng)扇等輕工產(chǎn)品，有90%左右的零件是用模具加工出來的；至于日用五金，餐具等物品的大批量生產(chǎn)基本上完全靠模具來進(jìn)行。顯而易見，模具作為一種專用的工藝裝備，在生產(chǎn)中決定性作用和重要地位逐漸為人們所共識(shí)。
1.2了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1現(xiàn)狀
改革開放以來，隨著國(guó)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(guó)有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營(yíng)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(guó)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。
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?。一些?guó)內(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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。
雖然中國(guó)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(guó)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。
1.2.2未來沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
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(guó)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(guó)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(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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)。
1.3國(guó)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀
由于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外制造業(yè)廣泛地采用了無切削、少切削加工工藝，如精密沖壓、精密鍛造、壓力鑄造、冷擠壓、熱擠壓及等溫超塑成形等新工藝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝。模具作為主要的成形工具，已成為一種重要的加工裝備。家用電器行業(yè)約80％的零部件、機(jī)電行業(yè)約70％的零部件均采用模具成形，塑料、橡膠、陶瓷、建材、耐火材料制品大部分均采用模具成形。
一種中型載重汽車的改型，需要4000套模具，重達(dá)2000多噸。生產(chǎn)一種型號(hào)的照相機(jī)，需要500套模具，在很多行業(yè)中，模具費(fèi)用已經(jīng)占產(chǎn)品成本的15％～30％。因此，工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)、生產(chǎn)率的提高、成本的降低、產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，在很大程度上取決于模具的制造精度和質(zhì)量、制造周期、生產(chǎn)成本、使用壽命等因素。
隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加快，模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用越來越明顯，機(jī)械電子、汽車、輕工、建材和國(guó)防工業(yè)等部門都大量采用模具進(jìn)行生產(chǎn)，并提出越來越高的要求。模具工業(yè)已成為新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要組成部分，模具技術(shù)水平的高低與產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力有密切關(guān)系，它成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平高低的重要標(biāo)志之一。20世紀(jì)80年代以來，日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，模具工業(yè)的產(chǎn)值超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。
當(dāng)前模具工業(yè)發(fā)展有兩個(gè)特點(diǎn)：一是要縮短制模周期、降低制模成本。由于人們對(duì)工業(yè)晶的品種、數(shù)量和質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短，而且多品種小批量生產(chǎn)較多，因此對(duì)模具制造提出了嚴(yán)格的要求。二是模具向大型化、復(fù)雜化、精密化和自動(dòng)化發(fā)展。模具制造要求越來越高，制造工藝越來越復(fù)雜。為了降低模具生產(chǎn)成本，增加效益，保證質(zhì)量，在采用先進(jìn)設(shè)備和制造工藝的同時(shí)，必須采用多種工藝措施盡量延長(zhǎng)模具使用壽命。其中合理選用模具材料，采用先進(jìn)的熱處理和表面強(qiáng)化工藝，不斷推廣應(yīng)用新材料就是一個(gè)主要的方面。
模具鋼是制造模具的主要材料。盡管模具材料品種繁多，但是模具鋼在模具制造業(yè)中使用最多，是模具工業(yè)最重要的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具鋼的發(fā)展也極為迅速。世界各國(guó)都把模具鋼分類于合金工具鋼中，其產(chǎn)量已占合金工具鋼產(chǎn)量的70％一80％。
2 分析鏈輪的沖壓工藝并確定其工藝方案
2.1沖壓件的工藝分析
圖（1）工 件 圖
此工件為有凸緣圓筒形件，要求外形尺寸沒有厚度不變的要求，需要內(nèi)翻邊，工件形狀滿足拉深工藝要求，可用拉深翻邊復(fù)合成型。
材料為Q235，料厚3mm，適用于大批量生產(chǎn)，它主要的配合尺寸￠180、￠120、M64×1—7H為IT12級(jí)。該零件屬于典型的有凸緣圓筒形拉深件，形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱。采用3mm厚的材料進(jìn)行沖壓，保證了足夠的強(qiáng)度和剛度，而且各部分的結(jié)構(gòu)也比較合理，拉深工藝性較好，該拉深件圓角R=r≥2t，因此取R=r=6。
可有兩種方法：一種可以采用階梯拉深成型。另一種可采用拉深翻邊復(fù)合成型。這兩種方法中，第一種，生產(chǎn)效率低，費(fèi)工費(fèi)料，不宜采用。第二種，采用拉深翻邊復(fù)合成型，生產(chǎn)效率高且省料，翻邊端部雖不如以上好，但該零件高度40未注公差尺寸，翻邊完全可以保證要求，所以采用第二種方法比較合理的。
2.2工藝方案的確定
2.21計(jì)算坯料尺寸
計(jì)算坯料前是否要采用階梯拉深成型，需要確定翻邊前的工序件尺寸，核算翻邊前的變形程度，M64×1-7H處的高度尺寸為：
H=40-18=22(mm)
根據(jù)翻邊公式，翻邊的高度H為：
H=D/2(1-K)+0.43r+0.72t）
經(jīng)變形后 K=1-2/D(H-0.43r-0.72t)
式中 D=64mm r=6mm t=3mm 代入上式
K=1-0.539
＝0.461
即 翻邊高度H=22mm， 翻邊系數(shù)K=0.461 由此可得翻邊前孔徑
即：d=D×K=64×0.461=29.504(mm)
d/t=29.504/3=9.835(mm)
查表5.2、當(dāng)采用圓柱形凸模，孔的加工方法鉆孔時(shí)、【K】(極限翻邊系數(shù))=0.42
1.4 屬于寬凸緣筒形件
t/D×100=3/206×100
=1.456
工件總的拉深系數(shù)：M總=d/D=123/2060.51
工件的拉深相對(duì)高度：h/d=18/23=0.146
由t/D=3/206x1001.45 查手冊(cè)得，帶凸緣筒形件第一次拉深的極限系數(shù)m1=0.54查手冊(cè)得帶凸緣筒形件首次拉深的極限相對(duì)高度得h/d=0.50─0.63
由于m總=0.51
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