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UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計）
題目： 硅鋼片鐵芯連續(xù)沖裁模設計
學 院：
姓 名：
學 號：
專 業(yè)： 機械設計制造及自動化
年 級：
指導教師： XXXX 職 稱：副教授
二○一二 年 五 月
??????
XXXX大學畢業(yè)設計(論文)任務書
設計（論文）
課題名稱
硅鋼片鐵芯連續(xù)沖裁模設計
學生姓名
XXXX
院（系）
工學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
指導教師
XXXX
職 稱
副教授
學 歷
研究生
畢業(yè)設計（論文）要求：
1、好學上進，能吃苦耐勞，刻苦鉆研，有相應專業(yè)知識，具備獨立工作能力；
2、能及時地查閱到國內外與本課題相關的資料和文件；
3、會計算機繪圖，能通過計算機繪圖繪制相應的零件、部件和組件，繪制出總裝配圖；
4、工作量要符合我院畢業(yè)設計的要求；
5、根據畢業(yè)設計的要求在規(guī)定的時間內完成畢業(yè)答辯所需要的全部工作。
畢業(yè)設計（論文）內容與技術參數：
設計課題： 硅鋼片鐵芯連續(xù)沖裁模設計
材料：硅鋼片 板材厚度：2.5mm 生產批量：大批量
畢業(yè)設計（論文）工作計劃：
第一階段：了解沖壓模的生產過程；查閱國內外有關資料和文件分析沖壓模的工藝特點，查找相關的裝置；
第二階段：研究其它沖壓模的工作原理，提出沖壓模的設計思想；
第三階段：給出總體方案，畫出工作草圖，通過計算機繪圖繪制相應的零件和部件，繪制出沖壓?？傃b配圖；
第四階段：撰寫出設計說明書；根據畢業(yè)設計的要求在規(guī)定時間內完成畢業(yè)答辯所需要的所有工作。
接受任務日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學 生 簽 名 年 月 日
指導教師簽名 年 月 日
系主任簽名 年 月 日
摘要
模具工業(yè)在制造業(yè)中占有及其重要的地位，它具有高效率、高精度、低耗能等優(yōu)點，是其他裝備難以勝任的，而模具工業(yè)的水平也是衡量一個國家產品制造水平的重要標志之一。冷沖壓生產過程的主要特征是依靠沖模和沖壓設備完成加工，便于實現(xiàn)自動化，生產率很高，操作簡便。
本設計為沖孔、落料的模具。本模具是一副沖制硅鋼片鐵芯和軛片的、少廢料排樣、連續(xù)沖裁模，采用杠桿、夾板式自動送料模。本文對一個簡單的沖壓工藝進行分析，并設計了級進模及主要零部件，在這個課題設計中詳細介紹了沖裁剪從排樣設計到模具結構設計，再到裝配的整個過程
關鍵詞：模具、冷沖壓、沖模、沖壓、排樣
Abstract
Mould industry plays in manufacturing and its important status, it has the high efficiency, high precision, low consumption etc, and is hard to do other equipment and mould industry level is the measure of a national product manufacturing level one of the important marks. Cold stamping production process is the main characteristics of the equipment to perform and stamping dies on processing, is easy to realize automation, productivity is high, easy operation.
This design for punching, dropping material mold. This mold is a pair of blunt system of silicon steel iron core and yoke, less waste of layout, continuous punch die, using leverage, plywood type automatic feed mould. This paper for a simple stamping process are analyzed, and the design of progressive die and the main components, on the subject of detailed design is introduced from layout design rushed out to the mold structure design, again to assembly of the entire process
Keywords: mold、cold stamping、dies,、stamping、layout
目錄
摘要 I
Abstract II
1.緒論 2
1.1概述 2
1.2 沖壓技術的進步 2
1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 3
1.4 模具CAD/CAE/CAM技術 3
1.5 課題的主要特點及意義 5
2 沖壓工藝方案的制定 5
2.1 工藝分析 5
2.2工藝方案的確定 5
2.3 排樣圖設計 6
3 模具總體結構設計 7
3.1 條料定位裝置 7
3.2 出料裝置 8
3.3 模具工作過程 9
4 模具零件的設計與計算 9
4.1 凸、凹模刃口尺寸的計算 9
4.1.1 凸、凹模間隙的選擇 9
4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計算 9
4.2 凸、凹模的設計 11
4.2.1 凸模的結構和固定形式 11
4.2.2 凸模長度的確定 12
4.2.3 凹模結構形式設計 12
4.2.4凹模結構尺寸的確定 13
4.3 模板的設計 14
4.4 其它零件的設計 14
5 沖壓設備的選用 14
5.1 沖壓力的計算 15
5.2 選擇壓力機 15
6 壓力中心的計算 16
6.1 計算步驟 16
6.2 計算壓力中心 17
參考文獻 18
7 總結 20
致謝 21
1.緒論
1.1概述
冷沖壓是利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產生分離或塑性變形，從而獲得所需要零件（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。冷沖壓不但可以加工金屬材料，而且還可以加工非金屬材料和復合材料。沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產各種板料零件,具有很多獨特的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產過程便于實現(xiàn)機械自動化及生產效率高等優(yōu)點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技術，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產之中。
在吸收了力學、數學、金屬材料學、機械科學以及控制、計算機技術等方面的知識后，已經形成了沖壓學科的成形基本理論。以沖壓產品為龍頭，以模具為中心，結合現(xiàn)代先進技術的應用，在產品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術在國民經濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。
1.2 沖壓技術的進步
進幾十年來，沖壓技術有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術在生產的廣泛應用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術的認識與掌握的程度有了質的飛躍。
現(xiàn)代沖壓生產是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術的參與和介入，沖壓生產方式由初期的手工操作逐步進化為集成制造。生產過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實現(xiàn)自動化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點，已經是沖壓生產的發(fā)展方向。
沖壓自動化生產的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質的飛躍。結合現(xiàn)代技術信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產模式—計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產品概念形成、設計、開發(fā)、生產、銷售、售后服務全過程通過計算機等技術融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術水平提高到一個新的高度。
1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀
模具是工業(yè)生產中的基礎工藝裝備，是一種高附加值的高技術密集型產品，也是高新技術產業(yè)的重要領域，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志。隨著國民經濟總量和工業(yè)產品技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大，技術要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，“十一五期間”產品發(fā)展重點主要應表現(xiàn)在：
（1）汽車覆蓋件模；
（2）精密沖模；
（3）大型及精密塑料模；
（4）主要模具標準件；
（5）其它高技術含量的模具。
目前我國模具年生產總量雖然已位居世界第三，其中，沖壓模占模具總量的40%以上[2]，但在整個模具設計制造水平和標準化程度上，與德國、美國、日本等發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設計和制造難度大，質量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設計制造方法、手段上已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步。但在制造質量、精度、制造周期和成本方面，以國外相比還存在一定的差距。標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，與國外多工位級進模和多功能模具相比，存在一定差距。
1.4 模具CAD/CAE/CAM技術
沖壓技術的進步首先通過模具技術的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術性能的研究已經成為發(fā)展沖壓成形技術的中心和關鍵。
20世紀60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設計與制造中的應用。通過以計算機為主要技術手段，以數學模型為中心，采用人機互相結合、各盡所長的方式，把模具的設計、分析、計算、制造、檢驗、生產過程連成一個有機整體，使模具技術進入到綜合應用計算機進行設計、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術進步的特征。
模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術人員借助于計算機對產品性能、模具結構、成形工藝、數控加工及生產管理進行設計和優(yōu)化[4]。模具CAD/CAE/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本和提高產品質量已成為模具界的共識。
模具CAD/CAE/CAM在近20年中經歷了從簡單到復雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具CAD/CAE/CAM技術發(fā)展速度更快，應用范圍更廣。
在級進模CAD/CAE/CAM發(fā)展應用方面，本世紀初，美國UGS公司與我國華中科技大學合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設計、條料排樣、壓力計算和模具結構設計等模塊。具有特征識別與重構、全三維結構關聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關機構和公司也在開發(fā)和試用新一代級進模CAD/CAM系統(tǒng)。
我國從上世紀90年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學模具技術國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設計、模具結構設計、標準件及典型結構建庫工具和線切割自動編程5個模塊。上海交通大學為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學開發(fā)出多工位彎曲級進模CAD系統(tǒng)等。近年來，國內一些軟件公司也競相加入了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等。
展望國內外模具CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展，本世紀的科學技術正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術的緊密結合，人工智能技術、并行工程、面向裝配、參數化特征建模以及關聯(lián)設計等一系列與模具工業(yè)相關的技術發(fā)展之快，學科領域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當今最好的設計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結合的產物，其特點將反映在專業(yè)化、網絡化、集成化、智能化四個方面。主要表現(xiàn)在：
（1）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高；
（2）基于網絡的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結構初見端倪；
（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；
（4）與先進制造技術的結合日益緊密。
1.5 課題的主要特點及意義
本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調能力，開闊設計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。
2 沖壓工藝方案的制定
2.1 工藝分析
如圖所示為硅鋼片鐵芯的示意圖，這個零件是標準的小容量硅鋼片的鐵芯片，生產批量大，材料是硅鋼片，厚度2.5mm，其形狀是“E”。鑒于其生產批量大，因此，重點考慮節(jié)省材料，提高材料利用率的問題。
2.2工藝方案的確定
考慮到單工序模制造精度較低，生產效率低；復合模制造精度高但生產成本高，結構復雜，主要用于要求精度高的沖裁件；該工件徐大批量生產，工序為兩個工序，零件較小且外形尺寸精度較高，所以應該選擇效率高的級進模。
2.3 排樣圖設計
排樣圖是多工位級進模設計的關鍵，它具體反映了零件在整個沖壓成形過程中，毛坯外形在條料上的截取方式及與相鄰毛坯的關系，而且對材料的利用率、沖壓加工的工藝性以及模具的結構和壽命等有著顯著的影響。表2-13取搭邊值a=2.2mm，a1=2.0mm。故應針對零件和零件展開后的工藝特點，并綜合考慮工藝分析各個因素后，設計合理的排樣圖及具體工位安排。
故：條料寬度：，取B=24mm；導料板之間的距離：S=B+Z=24+5=29mm；
送料進距：h=17.5+2.0=19.5mm;
毛坯排樣圖如圖所示：
根據以上分析，沖壓如圖2-1所示的零件的級進模分為四個工位。
第一工位：沖兩個工藝孔；
第二工位：空步；
第三工位：沖兩個矩形孔；
第四工位：工位切斷。
計算材料的利用率，一個進距內的沖裁面積A：
A= 24×19.5-（3.5×20+14×2.5+14×5+14×2.5）=
故一個進距的材料利用率為：
?
3 模具總體結構設計
模具總體結構如圖所示，該模具采用后側導柱模架，切斷凸模1，沖槽凸模2，沖孔凸模3，導正銷29分別和凸模固定板16采用壓入式裝配，用圓柱銷20在上模座上定位，與墊板17一起固定在上模座上；凹模13采用整體加工而成，為了便于制造、試模和維修，卸料板15、導料板14、凹模13、下模座12用螺釘加以固定；條料送進步距由調節(jié)螺釘8控制，所有凸模卸料由卸料板16完成，沖孔、切邊和切斷廢料由凹模下面的漏料孔逐步排出，制件從料頭分離，由模具終端沿凹模斜面自動落下。
3.1 條料定位裝置
側壓板是在條料送進方向垂直方向上的定位，它是對條（帶、卷）料一側通過彈簧施加壓力，促使其另一側緊靠導料板的板狀零件，而且可以使連續(xù)沖壓保持較高的勞動生產率的同時，保證工件具有較高的尺寸和形狀位置精度。
由于條料是用送料器通過導料槽6送入，而導料槽6是靠夾持板5固定確定定距，送料步可用調節(jié)螺釘8進行調節(jié)距.，隨著條料的導入，由小導板25控制條料，側壓板是在條料送進方向垂直方向上的定位，側壓板是對條（帶、卷）料一側通過彈簧施加壓力，促使其另一側緊靠導料板的板狀零件，使得有搭邊排樣的有廢料沖壓變?yōu)闊o廢料、少廢料沖壓。
?
3.2 出料裝置
條料經過沖兩個孔、沖兩個槽、切斷后，由送料器一直排出。沖孔、切邊廢料和切斷廢料由凹模下方的漏料孔逐步排出，制件由模具終端沿斜面自動落下。
3.3 模具工作過程?
將寬度為24mm的卷料的料口放入導料槽6內，并用調節(jié)螺釘8定位。
上模下行，斜楔4推動送料器后移，此時夾持板5松開。拉簧11被拉長，而條料由于止退銷10插入以沖的工藝孔中不能后移。上模下行時拉簧收縮，送料器向左移，夾持板夾緊條料向左移（由于止退銷在條料送進方向有斜面，因而不能阻止條料向左移）如此循環(huán)，完場送料工作
第一步：上模下行沖孔凸、凹模完成沖孔工序，廢料從下模的下漏料孔排出，上模上行條料靠送料器向前送一步；
第二步：上模下行沖孔凸、凹模完成沖矩形孔工序，廢料從下模的下漏料孔排出，上模上行條料靠送料器向前送一步；
第三步：上模下行由切斷凸、凹模完成切斷工序，廢料從下模的下漏料孔排出完成整個沖壓過程。?
?
4 模具零件的設計與計算
4.1 凸、凹模刃口尺寸的計算
4.1.1 凸、凹模間隙的選擇
凸、凹模間隙值的大小對沖壓制件質量、模具壽命、沖壓力的影響很大，是沖壓工藝與模具設計中的一個極其重要的工藝參數。根據零件材料及料厚，查文獻[8]表2-10，確定沖裁刃口始用雙面間隙值：Zmin=0.360 mm， Zmax=0.500 mm。至于壓彎時凸模與凹模之間的間隙，按材料的性能、厚度以及彎曲件的高度和寬度（彎曲線的長度），取單邊間隙C=（1.0～1.1）t，這里取C=2.5mm。另外，設計中考慮在合模時使毛坯完全壓靠，以保證彎曲件的質量和尺寸精度。
4.1.2 凸、凹模刃口尺寸計算
?沖壓制件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度，合理間隙的數值也必須靠模具的刃口尺寸來保證。因此，正確確定模具刃口尺寸極其公差，是設計沖模的主要任務之一。
（1） 沖Φ4孔凸、凹模刃口尺寸計算
圓孔形狀簡單，為制造方便，查表得：
校核：
，故符合條件
所以：
（2） 沖矩形孔凸、凹模刃口尺寸計算
矩形孔尺寸如圖所示，未注公差按IT13級處理，按一般要求：模具精度較工件精度高2～3級，查文獻[6]表2-10得：
校核：
，故符合條件
所以：
（3） 切斷凸、凹模刃口尺寸計算
查表
校核；
所以：
4.2 凸、凹模的設計
4.2.1 凸模的結構和固定形式
由于沖件的形狀和尺寸的不同，沖模的加工以及裝配工藝等實際條件亦有所不同，所以在實際生產中使用的凸模結構形式也就有很多種形式。一般沖裁凸模的形狀是由產品的形狀決定的，它可以采用直身結構也可采用加強型結構。主要的固定方式有：臺肩固定、鉚接、螺釘和銷釘固定以及粘結劑澆注法固定等。本設計中采用用圓形和方形兩種形式的凸模，材料選用T10A鋼，淬火硬度HRC56-60 必要時表面可進行滲氮處理。圓凸模可采用高精度外圓磨床加工，異形凸模可以采用慢走絲線切割加工或成形磨削加工（成形磨削是模具零件成形表面精加工的一種方法，可以獲得高尺寸精度、高表面加工質量。
凸模固定方式如圖所示：凸模以過渡配合固緊在凸模固定板上，頂端形成臺肩，以便固定，并保證在工作時不被拉出，安全可靠。
4.2.2 凸模長度的確定
凸模工作部分的長度應根據模具的結構來確定。一般不宜過長，否則往往因縱向彎曲而使凸模工作時失穩(wěn)。致使模具間隙出現(xiàn)不均勻，從而使沖件的質量及精度有所下降，嚴重時甚至會使凸模折斷。
根據模具設計結構形式，凸模的長度L為：
L=h1+h2+h3+h
式中，—凸模的長度（mm）；
h1—凸模固定板的厚度（mm），它取決于沖件的厚度t，一般在沖制t<1.5mm的板料時，取15～20mm；當t=1.5～2.5mm時，取20～25mm；這里取h1=25mm;
h2?—卸料板的厚度（mm），取h2=15mm;
h3?—導料板的厚度（mm），取h3=6mm;
h—附加長度（mm）。主要考慮凸模進入凹模的深度（對于沖裁凸模取1mm）以及模具閉合狀態(tài)下卸料板的到凸模固定板間的安全距離（取20mm）
將各數據代入公式中得：
??? 沖裁凸模長度L=25+15+6+1+20=67mm
??4.2.3 凹模結構形式設計
凹模在設計中采用整體加工而成，為了便于設計、制造、維修，壓彎凹模兩件采用鑲拼結構，嵌入沖裁凹?？變?，并用螺絲固定，凸、凹之間的間隙為一個料厚。壓彎凸模頭部設計為圓弧角（R=1），以避免壓彎時擦傷產品。在直角彎曲的壓彎凹模靠近折彎線處，設計一條校正筋，如圖4-11所示，使壓彎時在產品根部產生塑性變形，減小回彈，保證彎曲角。凹模材料與凸模相同，選用T10A鋼，淬火硬度HRC58-62。
如圖所示，為沖裁凹模刃壁形式，適用于薄料沖裁模。一般可以使用電火花穿孔加工凹模。
4.2.4凹模結構尺寸的確定
凹模設計應考慮的事項是關于凹模強度、制造方法及其加工精度等。特別是凹?？椎某叽纾趯嵱蒙鲜呛椭萍叽缫黄饋砜紤]的。它關系到制件質量的好壞，因此對其加工表面質量亦必須予以充分的考慮。
凹模的厚度和外形尺寸，對于其承受的沖裁力，必須具有不引起破損和變形的足夠強度。沖裁時，凹模承受沖裁力和水平方向的作用，由于凹模的結構形式不一，受力狀態(tài)又比較復雜，特別是對于復雜形狀的沖件，其凹模的強度計算就相當的復雜。因而，在目前一般的生產實際情況下，通常都是根據沖裁件的輪廓尺寸和板料厚度、沖裁力的大小等來進行概略的估算及經驗修正的。結構尺寸計算如下：
（1）凹模厚度H
根據公式得，查閱課本表3-15，k=0.5
s為垂直送料方向的凹模刃壁間最大距離，所以s=20mm
H=0.5×20=10mm
（2）凹模寬度B
根據公式得，
（3）凹模長度L
根據公式得，
為送料方向的凹模刃壁間最大距離，由排樣圖可知，=70.5mm
為送料方向的凹模刃壁至凹模邊緣的最小距離，查課本表3-14得，=30mm
L=70.5+2×30=132.5mm
（4） 刃壁高度
垂直于凹模平面的刃壁，其高度h0可以按下列規(guī)則計算：
沖件料厚t≤3 mm，h0=3 mm；
沖件料厚t>3 mm，h0=t；
所以，這里取h0=3 mm。
。
故初步有了凹模外形尺寸L×B×H=132.5×50×10 mm。
。
4.3 模板的設計
標準的級進模模板包括：卸料板、固定板、凹模板、墊板、上模板、下模板，其中卸料板、固定板、凹模板是關鍵的三塊模板，也是級進模比不可少的。該模具中固定板起著固定凸模的作用，卸料板主要起卸料、壓料同時還具有一定的導向作用；凹模板前面已經提到，既充當凹模刃口，又可以在其上鑲拼凹模鑲塊。
另外，在進行級進模設計時，有一項很重要，就是設計讓位，一般彎曲或成形等工位的所有后續(xù)工位都需要讓位，而且要充分讓位，不但需要考慮靜態(tài)讓位，還要考慮動態(tài)讓位。本設計中在凹模板上直接開槽讓位，工件成形后由凹模終端的斜面滑出，保證了送料的順暢。
凹模外形尺寸前面已述，該級進模其它模板的外形尺寸設計如下：
凸模固定板 ；
墊板??? ? ；
導料板????；
卸料板????；；
故：模具閉合高度
4.4 其它零件的設計
在級進模中，一些輔助零件對模具的順利工作也起著重要的作用。針對該級進模，這里主要介紹導正銷的設計。
本級進模設計當中，通過導正削與在前一個工位上沖了的兩個的孔實現(xiàn)精確定位，保證產品的精度。進行導正銷設計時注意到控制導正銷的長度，保證當模具在自由狀態(tài)時導正銷的直壁部分伸出卸料板的長度要小于產品的一個料厚，這樣就可以有效地避免帶料現(xiàn)象。模具在自由狀態(tài)時導正銷的直壁部分伸出卸料板的長度為0.3mm。
?
?5 沖壓設備的選用
根據所要完成的沖壓工藝性質、生產批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設備類型。
開式曲柄壓力機雖然剛度差，但它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點，故廣泛應用于中小型沖裁件、彎曲件、拉深件的生產中。
閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能靠兩個方向操作，適用于大中型件的生產。
雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。
綜合考慮，采用開式曲柄壓力機。
5.1 沖壓力的計算
該級進模采用下出料方式。
根據公式沖裁力：得，
5.2 選擇壓力機
根據上述沖壓力的計算，初步選用型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機。該型號壓力機主要技術規(guī)格如下：
公稱壓力 250KN;
滑塊行程 80mm;
最大閉合高度 250mm;
封閉高度調節(jié)量 70mm；
最大裝模高度 180mm;
連桿調節(jié)量 45mm;
工作臺尺寸（前后mm左右mm）;
墊板厚度
模柄孔尺寸（直徑mm深度mm）;
滑塊中心至床身中心距離 180mm;
最大傾斜角 30°
由4.3節(jié)計算知：模具閉合高度
?
6 壓力中心的計算
沖裁時的合力作用點或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與壓力機滑塊中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具和壓力機的壽命。因此，設計時應該正確算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心和模柄軸心線重合；若因沖件的形狀特殊，從模具結構方面考慮不宜使壓力中心與模柄軸心線相重合，也應注意盡量使壓力中心的偏離不超過所選壓力機模柄孔投影面積的范圍，以下通過解析法確定模具的壓力中心。
6.1 計算步驟
（1）建立平面直角坐標系；
（2）計算出各單一圖形的壓力中心到坐標軸的距離x1、x2、x3、…xn和y1、 y2、 y3、… yn ；
（3）將計算數據分別代入式中，即可求得壓力中心坐標
（x0, y0）。?
6.2 計算壓力中心
根據排樣圖設計及各工位在模具上的相對位置，建立直角坐標系，
如圖所示：
圖6-1 壓力中心計算圖
由對稱性可知，各工序沖壓力的合力作用點落在x軸上，即坐標，將所計算的各工位上的沖壓力及圖中所標注的x坐標值代入式中得：坐標，故在此坐標系中模具壓力中心坐標為（10.5，0）。?工件的壓力中心如上計算所得，模具壓力中心幾乎對稱，所以把模具的壓力中心位置放在壓力機滑塊中心。
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7 總結
設計是源頭，設計雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個模具成本的70%～80%。所以，我在設計時詳盡地考慮了模具結構，考慮提高生產率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設計，在實際生產中要具體問題具體分析，根據實際狀況進行模具調整也是必需的。在生產中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時，應該多注意細節(jié)，找出根本原因，針對其維修。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養(yǎng)也可以大大提高模具壽命。
從整個設計過程來看，該硅鋼片鐵芯采用多工位級進模，模具結構設計合理，加工簡單，操作方便，通過連續(xù)沖裁工序一次成形，工作效高，零件成形質量好，大大提高了生產率，降低了生產成本，滿足了生產需求，而且該設計思路可擴展推廣到其它類似零件的產品模具設計中。當然，由于我知識水平有限，對實踐的缺乏，當中不乏有不足之處，還有待在以后的工作實踐當中不斷地完善和創(chuàng)新！?
?
致謝
本次設計是在指導老師XXXX教授的悉心指導下完成的，其間得到了老師的指導。導師敏銳的學術思想，嚴謹的治學態(tài)度，認真的工作作風使我受益非淺。值此成文之際，特向老師致以忠心的感謝和誠摯的敬意。
在設計過程當中，得到同窗好友的支持以及在AutoCAD2007軟件應用、參考資料提供等方面的具體性指導和幫助，在此我向他們表示深深的謝意。非常感謝他們同我一起學習和生活，在美麗的農大留下我們真摯的友誼。
特別感謝我的父母，是他們對我的支持和無私的奉獻，使得我能夠順利完成學業(yè)。
最后，謹以此文獻給所有關心和幫助過我的人們！
22
智能沖壓工藝規(guī)劃系統(tǒng)的研究
摘要：本文對建立一個智能沖壓工藝設計知識為基礎的系統(tǒng)給出了一個簡單的介紹。研究該系統(tǒng)的框架，對模型和知識推理模式進行了介紹。對有些關鍵技術如沖壓工藝的可行性、排樣的最佳算法、智能地帶的布局和內力計算進行了研究。該系統(tǒng)可以改善工藝規(guī)劃效率。
關鍵詞： 排樣 KBS 知識模型 帶狀排樣法
1簡介
沖壓工藝規(guī)劃是沖壓產品開發(fā)的一個核心項目。它是金屬成型應用的一個重要組成部分，它與生產質量、成本、生產率和工具壽命有直接的影響?，F(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展對沖壓提出了更高的要求，尤其是在沖壓工藝方面。多年來，相關研究已就如何在創(chuàng)新的環(huán)境加強工藝規(guī)劃的集成化和智能化程度進行研究。近年來，通過生產金屬成形智能設計系統(tǒng)、自動化技術，整和了工藝規(guī)劃的原則。智能工藝規(guī)劃方法可以有效地提高設計效率與質量、創(chuàng)新設計能力。
[1].對于冷鍛序列的設計開發(fā)了一種基于PC的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用基于塑性理論和實際考慮的規(guī)則。在美國俄亥俄州立大學一個稱作FORMEX的規(guī)則系統(tǒng)被Altan和他的同事們寫入多級冷鍛的工藝規(guī)劃程序語言中。[2].它依靠冷鍛零件各種形狀的廣泛分類。[3] 實施以知識為本的冷成形序列設計系統(tǒng)，采用設計規(guī)則確定建立一個可行的序列，然后使用有限元分析優(yōu)化這個序列。一個以知識為基礎的模具設計自動化系統(tǒng)被Cheok和他的同事精心設計出來。[4] 在新加坡國立大學。一些零件表象技術、沖壓零件識別和模具構成也存在于這項工作中。在中國，華中科技大學的科學技術研究者們也開發(fā)出了基于知識系統(tǒng)的用于對小型金屬件沖壓級進模的程序包。[5].使用特點，用戶可以在3D立體構架下設計產品。在手工設置排樣后，用戶可以使用交互命令來開發(fā)帶裝布局設計。來自利物浦大學工業(yè)研究部門的研究者們也在研究沖壓工藝和沖裁模的專用系統(tǒng)。[6].他們的研究集中在分解較小的橋型廢料的形狀編碼和識別技術。[7]在上海沖壓模具和工具技術研究所的研究者們也開發(fā)出了級進模的CAD/CAM系統(tǒng)。他們研究的該系統(tǒng)依靠特殊的相關數據來描繪工件和模具結構。
上述研究的研究工作的目的是為了促進金屬成形的發(fā)展。從金屬智能成型的回顧和分析中，使用智能設計的理論和方法來研究沖壓工藝規(guī)劃的步驟。在本文中介紹了應用于沖壓工藝規(guī)劃的智能的系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)在處理一些復雜的設計問題時是種強有力的工具。由專門知識構成的智能系統(tǒng)可以用一種交互的方式協(xié)助用戶解決各種各樣的問題或疑問。[8].智能系統(tǒng)是一種計算機系統(tǒng)，它試圖代表人類知識和專業(yè)知識, 以一種實際和有效的途徑提供快捷、方便的知識。智能系統(tǒng)能夠完成一般需要專家才能完成的任務。它能自動化實時利用現(xiàn)有的專業(yè)知識,并解釋它的推理過程。沖壓工藝規(guī)劃是一個含有豐富知識的復雜設計過程。整合在沖壓工藝規(guī)劃設計中智能系統(tǒng)的關鍵技術是至關重要的。使用智能理論的沖壓工藝規(guī)劃智能系統(tǒng)被提出來。對一些關鍵技術,如集成產品知識建模和戰(zhàn)略規(guī)劃的綜合沖壓成形過程進行了研究。在沖壓設計中包括各種各樣的知識，如專業(yè)領域知識、多任務知識、非標準知識。每一種知識都需要集成到該系統(tǒng)中。沖壓模具的核心是沖壓工藝。必須考慮到多種因素,如幾何形狀、技術要求、材料性能、沖壓件的可行性、工作程序安排、模具工具的結構。沖壓工藝規(guī)劃是一種基于專家知識的創(chuàng)造性程序。智能系統(tǒng)技術可以改善制定沖壓工藝規(guī)劃的效率。
2系統(tǒng)構架和框架
智能系統(tǒng)的關鍵技術是建立和應用的信息化模型制作。。該產品信息模型,包括三個階段：一種基于幾何的模型、一種基于特征的模型、一種基于智能的模型?；趲缀蔚哪Ｐ兔枋隽慵膸缀瓮負湫畔?。由于零件的數據信息不能被完整的描述、數據分離水平太低，幾何模型被特征模型取代。這個信息模型包括一組幾何實體。依靠此模型的工程語義模型，許多與設計相關的功能可以被實現(xiàn)。隨著人工智能的發(fā)展，智能模型開始被應用。專業(yè)知識、設計過程的知識,和相關的知識都包含在知識模型中[9、10]。智能模型支持表達和傳遞有用的信息。
本文主要概括了一種沖壓工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)對產品的定義有效且完整。它幾何了不同模型的優(yōu)點且能滿足幾何設計和推理過程。面向對象技術應用到整合各種各樣的知識。此集成的知識系統(tǒng)模型可被共享和用于智能設計和產品信息溝通。
這個關于沖壓模具工藝規(guī)劃的智能系統(tǒng)構架已經被設計出來。這個零件的結構設計,包括一個圖形用戶界面,一個應用程序系統(tǒng)、設計資源、知識工具,混合推理機制、基礎模型。在這個構架中知識模型有不同的分類。知識模型從設計資源中獲取有用的信息，支持知識獲取和知識表達的程序。這個模型把有用信息轉移到知識庫。知識庫由CAD軟件支持。設計結果以3D模型、圖畫和資料庫的形式保存在知識庫中，它對在知識庫中不同零件的知識傳遞來說非常的重要。
3 實施方法和應用
3.1沖壓智能模型的可行性論證
智能系統(tǒng)對沖壓工件的質量、成本、模具壽命進行評價。該評價基于成熟的智能模型。此模型集成了規(guī)則庫、零件信息和結論庫。系數根據知識規(guī)則推理在知識庫得出。沖壓成型可行性可以從信息庫中零件信息和相關系數推出。在設計過程中被新結論擴大的結果保存在結論庫中。
模型的智能推理過程和零件的規(guī)格相比有一定限度范圍的工藝參數。此規(guī)格
包括輸入輸出半徑、孔徑、孔板、孔網、槽、槽網。結果來證實零件的形狀是否符合模具工具加工。智能推理用于自動和交互的方式。這樣做的目的是來研究沖壓該產品的可行性。智能推理的關鍵是確定基于零件厚度和相關系數的加工極限值。圖二所示為產品可行性論證模型的流程圖。
知識規(guī)則和設計結果保存在機械推理的數據庫中。零件的形狀可以在知識模型中修改。
由知識模型決定的沖壓工藝規(guī)劃是非常重要的一步，它同時也提供了選擇一個單步工序刀具或是復合工具或是一個改進工具的方法。各種不同領域的知識、經驗和專業(yè)知識都被保存在工藝規(guī)劃專業(yè)系統(tǒng)中。
知識庫的發(fā)展是基于規(guī)則表達的共同原則。這一步的目的是集成專業(yè)經驗和零件
的形狀
3.2基于優(yōu)化算法的智能排樣模型
為了達到較高的材料利用率，空白的知識模型被建立，保存在知識庫中的結果是其他模塊建立的基礎。
在知識庫中有四種排樣類型：
● 一排列布局模式
● 與一排列相對的模式
● 兩排列布局模式
● 與兩排列布局相對的模式
建立這個知識模型的目的是改善材料的利用。由知識庫提供的限制情況可以由人類專家來選擇。這個知識模型控制著整個排樣的設計過程。
圖三所示為平面布局的等級體系結構
第一種模式的作用是選擇粗略數值和計算工作區(qū)域的總體輪廓。此模式提供了原始參數。粗略數值的全部信息都由此得到，不管這個數字是否被概略畫出或是被選中。
第二種模式用來確定布局類型、角度范圍、布局大小和條帶區(qū)的寬度。
第三種模式中應用了優(yōu)化算法。設計結果包括材料利用率、材料寬度和每步間隙都被保存在此模式中，不同布局的繪圖也同時生成。
在第四種模式中可以修改布局規(guī)劃的結果。最終參數包括每步間隙、材料寬度、各類網格和轉換能力。當參數有所改變時，布局規(guī)劃圖可以被更新。
該知識的主要作用是布局規(guī)劃的算法優(yōu)化。該算法共有六步。
1.在圖形周圍最適合的矩形第一次生成。復制件和原件之間的距離是包含在接洽網中的。圖四說明了此種算法。
2.在兩個環(huán)形中間的值是經過計算的。這兩個環(huán)形分解成線和圓弧的單元。每對元素中間的距離需要重新補償。然后就可以找到最短的距離。
3.計算出的最小值和所要求的值之間的差異就是誤差。當誤差小于允許值時，排樣規(guī)劃就可以完成。另外，布局圖形需要沿著視野的方向移動。
4.材料利用率可以以布局規(guī)劃的角度上被計算出來。
5.排樣圖形旋轉一定的角度。旋轉中心是矩形中心點附近的粗略數值。材料利用率在當前角度下被計算出來。
6.排樣圖形旋轉到另外一個角度。重復第三部的的步驟，直到角度達到180度。 3.3帶狀布局的開發(fā)
帶狀布局的工序規(guī)則被集成于知識基礎級進刀具設計。該智能模型的功能是：選擇零件位置，設計方位和安排帶狀工步距離。為了解決運行程序，該規(guī)則應該被制定的合理和有效。
自動設計模塊是智能模型中最重要的模塊。人工智能技術被應用于此模塊中。此模型中的預處理模塊，包括定位產品模塊和從產品模塊中提取精確的信息。為了在修改模塊中生成一個模型，最初的設計工程被修改[11]。被修改的模塊代替了處理模塊。
3.3.1 自動帶狀布局設計的預處理
1）確定零件的位置和排列。用戶可以用界面來確定預處理模塊中的一些參數。確定位置的過程可以和其他元素一起來做，例如：零件形狀、尺寸精度、和用戶要求。
零件的形狀也在智能模型中定義，結果被保存在知識庫中。
2）獲取零件精確信息。此精確信息應該在帶狀布局知識庫中得到。有用的信息包括沖孔的精確信息和相對位置信息。由此種類型信息組成的知識模型將會決定零件的沖壓順序。這個設計過程的主要要求是為位置精度開發(fā)一種知識模型[12]。首先，零件的形狀被分成封閉的輪廓。輪廓的數目為n
K = {k1, k2, . . ., ki, . . ., kn} (1)
這里 ki 表示零件的第i個輪廓。所有輪廓間的相對關系包含在關系P中。如果在輪廓ki 和kj 之間要求精準，這里存在(ki , kj) ∈ p。
p = {. . ., (ki , kj), . . .} ki , kj ∈ K, 1 ≤ i, j ≤ n(i _= j). (2)
每種類型的精確信息通過相關矩陣被保存在知識模型中。
3.3.2帶狀布局自動設計
帶狀布局的自動設計模塊在知識模型中是最重要的一個。在知識模型中包含很多重要的規(guī)則，例如在一次單沖程中沖壓所有內輪廓比較好。在下一個階段這個部分被切斷。有時候，如果沖壓點之間的距離非常小，一些內輪廓就要被搬到下一階段進行加工。如果沖壓點離分餾點太近的話，分餾點就需要被更改到下一階段。如果這里仍然有不合適的尺寸，一些點可以被移動到下一階段。重復整個過程直到矩陣點間的每個尺寸都可以被接受。布局智能設計的核心是開發(fā)干涉點的智能模型[13]。
零件坯料被分成許多點的形式。這些點的名字是k1, k2, . . ., kn. 這里dij
是ki和 kj 之間最小的距離。矩陣的臨界值是S。如果dij
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