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淮 海 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書
題 目： 彎曲模具設(shè)計(jì)及其凸模數(shù)控加工仿真
作 者: 邵 力 學(xué) 號(hào)： 5103220111
系 (院)： 東港學(xué)院機(jī)械工程系
專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用
指導(dǎo)者： 張石平 講師
評(píng)閱者：
2006 年 6 月 連 云 港
目 錄
1引言（緒論）………………………………………………………………………4
1.1研究設(shè)計(jì)任務(wù) ………………………………………………………………5
1.2資料及工具準(zhǔn)備……………………………………………………………6
1.3設(shè)計(jì)步驟………………………………………………………………………6
1.4明確考核要求………………………………………………………………6
2我國(guó)模具工業(yè)基本狀況簡(jiǎn)介………………………………………………7
3相關(guān)計(jì)算………………………………………………………………………11
4主要簡(jiǎn)圖………………………………………………………………………11
4.1零件圖…………………………………………………………………………18
4.2U型件成形簡(jiǎn)圖………………………………………………………………18
4.3二次成形圖 …………………………………………………………………19
5發(fā)展……………………………………………………………………………20
6沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示范………………………………………………………20
6.1排樣論證的基本思路……………………………………………………20
6.2典型組合選擇示范………………………………………………………20
6.3非標(biāo)準(zhǔn)模具的對(duì)照設(shè)計(jì)…………………………………………………20
6.4繪制模具裝配圖示范……………………………………………………21
6.5拉深模具中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制和運(yùn)用…………………………………21
工藝分析………………………………………………………………………22
結(jié)束語…………………………………………………………………………23
致謝……………………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………24
二○○六屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)論文 第 25 頁(yè) 共 頁(yè)
1 引言
本論文是以沖壓工藝學(xué)基本理論為依據(jù)，通過對(duì)各種沖壓工藝基本運(yùn)動(dòng)的分析，提出了對(duì)沖壓模具設(shè)計(jì)的要求。首先闡述沖壓過程中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本概念，然后逐項(xiàng)分析了沖裁、彎曲、拉深工藝的基本運(yùn)動(dòng)機(jī)理，指出模具設(shè)計(jì)中應(yīng)著重控制到的內(nèi)容，并介紹了在模具設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)靈活運(yùn)用的方法和一些實(shí)例。最后總結(jié)了根據(jù)具體情況進(jìn)行產(chǎn)品工藝運(yùn)動(dòng)分析的方法，并強(qiáng)調(diào)在模具設(shè)計(jì)中，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制和靈活運(yùn)用對(duì)提高設(shè)計(jì)水平和保證沖壓件品質(zhì)的重要意義。
彎曲工藝的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運(yùn)動(dòng)。卸料板及頂桿的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵的，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須首先控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應(yīng)確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產(chǎn)效率低。對(duì)于精度要求較高的彎曲件，應(yīng)特別注意一點(diǎn)，最好在彎曲運(yùn)動(dòng)中，要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)，即所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠碰死。
2.沖壓過程中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的概述
冷沖壓就是將各種不同規(guī)格的板料或坯料，利用模具和沖壓設(shè)備（壓力機(jī)，又名沖床）對(duì)其施加壓力，使之產(chǎn)生變形或分離，獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。一般生產(chǎn)都是采用立式?jīng)_床，因而決定了沖壓過程的主運(yùn)動(dòng)是上下運(yùn)動(dòng)，另外，還有模具與板料和模具中各結(jié)構(gòu)件之間的各種相互運(yùn)動(dòng)。
機(jī)械運(yùn)動(dòng)可分為滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和滾動(dòng)等三種基本運(yùn)動(dòng)形式，在沖壓過程中都存在，但是各種運(yùn)動(dòng)形式的特點(diǎn)不同，對(duì)沖壓的影響也各不相同。
既然沖壓過程存在如此多樣的運(yùn)動(dòng)，在沖壓模具設(shè)計(jì)中就應(yīng)該對(duì)各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以達(dá)到模具設(shè)計(jì)的要求；同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到產(chǎn)品的要求。
沖壓過程的主運(yùn)動(dòng)是上下運(yùn)動(dòng)，但是在模具中設(shè)計(jì)斜楔結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)、滾軸結(jié)構(gòu)和旋切結(jié)構(gòu)等，可以相應(yīng)把主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動(dòng)、模具中的轉(zhuǎn)動(dòng)和模具中的滾動(dòng)。在模具設(shè)計(jì)中這些特殊結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜和困難，成本也較高，但是為了達(dá)到產(chǎn)品的形狀、尺寸要求，卻不失為一種有效的解決方法。
3.沖裁模具中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制和運(yùn)用
沖裁工藝的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致板料分離，然后凸、凹模分開，卸料板把工件或廢料從凸模上推落，完成沖裁運(yùn)動(dòng)。卸料板的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵的，為了保證沖裁的質(zhì)量，必須控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，一定要讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則沖裁件切斷面質(zhì)量差，尺寸精度低，平面度不良，甚至模具壽命減少。
按通常的方法設(shè)計(jì)落料沖孔模具，往往沖壓后工件與廢料邊難以分開。在不影響工件質(zhì)量的前提下，可以采用在凸凹模卸料板上增加一些凸出的限位塊，以使落料沖孔運(yùn)動(dòng)完成后，凹模卸料板先把工件從凹模中推出，然后凸凹模卸料板再把廢料也從凸凹模上推落，這樣一來，工件與廢料也就自然分開了。
對(duì)于一些有局部凸起的較大的沖壓件，可以在落料沖孔模的凹模卸料板上增加壓型凸模，同時(shí)施加足夠的彈簧力，以保證卸料板上壓型凸模與板料接觸時(shí)先使材料變形達(dá)到壓型目的，再繼續(xù)落料沖孔運(yùn)動(dòng)，往往可以減少一個(gè)工步的模具，降低成本。
有些沖孔模具的沖孔數(shù)量很多，需要很大沖壓力，對(duì)沖壓生產(chǎn)不利，甚至無足夠噸位的沖床，有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，是采用不同長(zhǎng)度的2～4批沖頭，在沖壓時(shí)讓沖孔運(yùn)動(dòng)分時(shí)進(jìn)行，可以有效地減小沖裁力。
對(duì)那些在彎曲面上有位置精度要求高的孔（例如對(duì)側(cè)彎曲上兩孔的同心度等）的沖壓件，如果先沖孔再?gòu)澢呛茈y達(dá)到孔位要求的，必須設(shè)計(jì)斜楔結(jié)構(gòu)，在彎曲后再?zèng)_孔，利用水平方向的沖孔運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到目的。對(duì)那些翻邊、拉深高度要求較嚴(yán)需要做修邊工序的，也可以采用類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4.彎曲模具中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制和運(yùn)用
彎曲工藝的基本運(yùn)動(dòng)是卸料板先與板料接觸并壓死，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料變形折彎，然后凸、凹模分開，彎曲凹模上的頂桿（或滑塊）把彎曲邊推出，完成彎曲運(yùn)動(dòng)。卸料板及頂桿的運(yùn)動(dòng)是非常關(guān)鍵的，為了保證彎曲的質(zhì)量或生產(chǎn)效率，必須首先控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力一定要足夠，否則彎曲件尺寸精度差，平面度不良；其次，應(yīng)確保頂桿力足夠，以使它順利地把彎曲件推出，否則彎曲件變形，生產(chǎn)效率低。對(duì)于精度要求較高的彎曲件，應(yīng)特別注意一點(diǎn)，最好在彎曲運(yùn)動(dòng)中，要有一個(gè)運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)，即所有相關(guān)結(jié)構(gòu)件能夠碰死。
有些工件彎曲形狀較奇特，或彎曲后不能按正常方式從凹模上脫落，這時(shí)，往往需要用到斜楔結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)，例如，采用斜楔結(jié)構(gòu)，可以完成小于90度或回鉤式彎曲，采用轉(zhuǎn)銷結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)圓筒件一次成型。
值得一提的是，對(duì)于有些外殼件，如電腦軟驅(qū)外殼，因其彎曲邊較長(zhǎng)，彎頭與板料間的滑動(dòng)，在彎曲時(shí)，很容易擦出毛屑，材料鍍鋅層脫落，頻繁拋光彎曲沖頭效果也不理想。通常的做法是把彎曲沖頭鍍鈦，提高其光潔度和耐磨性；或者在彎曲沖頭R角處嵌入滾軸，把彎頭與板料的彎曲滑動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)，由于滾動(dòng)比滑動(dòng)的摩擦力小得多，所以不容易擦傷工件。
1.1 研究設(shè)計(jì)任務(wù)
學(xué)生應(yīng)充分研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，了解產(chǎn)品用途，并進(jìn)行沖壓件的工藝性及尺寸公差等級(jí)分析對(duì)于一些沖壓件結(jié)構(gòu)不合理或工藝性不好的，必須征詢指導(dǎo)教師的意見后進(jìn)行改進(jìn)。在初明確設(shè)計(jì) 要求的基礎(chǔ)上，可按以下步驟進(jìn)行沖壓總體方案的論證。
第一步，醞釀沖壓工序安排的初步方案，并畫出各步的沖壓工序草圖；
第二步，通過工序安排計(jì)算及《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》等技術(shù)資料，驗(yàn)證各步的沖壓成型方案是否可行，構(gòu)畫該道工序的模具結(jié)構(gòu)草圖。
第三步，構(gòu)畫其它模具的結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)一步推敲上述沖壓工序安排方案是否合理可行。
第四步，沖壓工序安排方案經(jīng)指導(dǎo)教師過目后，即可正式繪制各步的沖壓工序圖，并著手按照“設(shè)計(jì)任務(wù)書”上的要求進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。
1.2 資料及工具準(zhǔn)備
課程設(shè)計(jì)開始前必須預(yù)先準(zhǔn)備好《冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》、《冷沖壓模具結(jié)構(gòu)圖冊(cè)》等技術(shù)資料，及圖板、圖紙、繪圖儀器等工具。也可將課程設(shè)計(jì)全部或部分工作安排在計(jì)算機(jī)上用Auto CAD等軟件來完成，相應(yīng)地需事前調(diào)試設(shè)備及軟件、準(zhǔn)備好打印用紙及墨盒等材料。
1.3 設(shè)計(jì)步驟
沖壓模課程設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。
(1)擬定沖壓工序安排方案、畫出沖壓工序圖、畫出待設(shè)計(jì)模具的排樣圖(階段考核比例為15%)
(2)計(jì)算沖裁力、確定模具壓力中心、計(jì)算凹模周界、確定待設(shè)計(jì)模具的有關(guān)結(jié)構(gòu)要素、選用模具典型組合等，初選壓力機(jī)噸位(25%)；
(3)確定壓力機(jī)噸位(5%)；
(4)設(shè)計(jì)及繪制模具裝配圖(25%)；
(5)設(shè)計(jì)及繪制模具零件圖(25%)；
(6)按規(guī)定格式編制設(shè)計(jì)說明書(5%)；
(7)課程設(shè)計(jì)面批后或答辯(建議對(duì)總成績(jī)?cè)?0%的范圍內(nèi)適度調(diào)整)。
1.4 明確考核要求
根據(jù)以上6個(gè)階段應(yīng)該形成的階段設(shè)計(jì)成果實(shí)施各階段的質(zhì)量及考核，從而形成各階段的考核成績(jī)。其中課程設(shè)計(jì)面批或答辯不僅有助與當(dāng)面指出學(xué)生的各類設(shè)計(jì)錯(cuò)例，也是課程設(shè)計(jì)考核的重要手段。最終的考核成績(jī)?cè)?個(gè)階段考核成績(jī)的基礎(chǔ)上，由指導(dǎo)教師結(jié)合考勤記錄及面批或答辯記錄對(duì)總成績(jī)?cè)?0%左右的范圍內(nèi)適度調(diào)整。
2 我國(guó)模具工業(yè)基本狀況簡(jiǎn)介
我國(guó)模具工業(yè)近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有２萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進(jìn)口模具18.13億 美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長(zhǎng)18%、32.4%和45.9%。進(jìn)出口之比2004年為3.69:1，進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá)13.2億美元，為凈進(jìn)口量較大的國(guó)家。
2004年模具行業(yè)還顯現(xiàn)另外兩個(gè)特點(diǎn)，一是各地政府對(duì)模具工業(yè)的發(fā)展進(jìn)一步關(guān)注。許多地方政府進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到模具工業(yè)對(duì)發(fā)展制造業(yè)的重要意義，因此加強(qiáng)了模具工業(yè)園區(qū)的建設(shè)。已有的園區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，如寧波余姚、寧海和蘇州昆山等模具園區(qū)都有所擴(kuò)大；新的模具工業(yè)園區(qū)正在加緊建設(shè)，如重慶、大連、深圳市等已建立模具園區(qū)；另外沈陽(yáng)、西安、成都、上海、寧波北侖、浙江黃巖等地都在積極籌備建立模具園區(qū)，以利帶動(dòng)地區(qū)模具及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈乃至制造業(yè)的發(fā)展，有些高科園內(nèi)模具企業(yè)已占有相當(dāng)?shù)姆萘?，像天津高新區(qū)就有40多家模具企業(yè)。
二是外資及社會(huì)投資模具產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)顯著。許多地方加強(qiáng)了吸引外資及合資投入模具工業(yè)的工作，特別是在高新技術(shù)園區(qū)和工業(yè)園區(qū)，外資、合資模具企業(yè)進(jìn)一步增加，如蘇州昆山模具園區(qū)，60%以上是外資企業(yè)。大連模具園區(qū)到日本、韓國(guó)招商。而有些地區(qū)高科技園內(nèi)模具企業(yè)已占有相當(dāng)?shù)姆萘浚裉旖蚋咝聟^(qū)有40多家模具企業(yè)。由于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的拉動(dòng)，社會(huì)投資模具產(chǎn)業(yè)有所加強(qiáng)，如五糧液集團(tuán)投資5億元建立汽車模具生產(chǎn)廠，比亞迪公司投資2億元建立了北京汽車模具公司，等等。
落后和差距主要表現(xiàn)在下列幾方面
（1）總量供不應(yīng)求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠合理。
其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率嚴(yán)重不足，大量進(jìn)口。國(guó)內(nèi)模具總量中屬大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例不足30%，國(guó)外在50%以上。
（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)都不夠合理。
我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%左右，國(guó)外70%以上是商品模具；專業(yè)模具廠也大多數(shù)是"大而全 "、"小而全"的組織形式，國(guó)外模具企業(yè)是"大而專"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會(huì)員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國(guó)模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。
（3） 工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低，技術(shù)結(jié)構(gòu)、模具產(chǎn)品水平比國(guó)際水平低許多。而模具生產(chǎn)周期卻要比國(guó)際水平長(zhǎng)許多。
產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在對(duì)后續(xù)使用模具制造制件的工藝（如沖壓工藝）理解上，在模具設(shè)計(jì)上；在加工中精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上等?，F(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)密集型、資金密集型的產(chǎn)業(yè)，由于模具行業(yè)是微利行業(yè)，因而總體來看模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，至使科技進(jìn)步的步伐跟不上模具市場(chǎng)的需要。雖然國(guó)內(nèi)許多企業(yè)已引進(jìn)了不少國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國(guó)外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國(guó)外企業(yè)低得多。由于體制和資金等方面原因，引進(jìn)設(shè)備不配套、設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低，開發(fā)能力較差，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)方面投入太少。不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中常處于被動(dòng)地位。
（4）技術(shù)人才嚴(yán)重不足，經(jīng)濟(jì)效益欠佳。隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，能掌握和運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)異常短缺，高級(jí)鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊缺。我國(guó)模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平也較低，我國(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15～20萬美元，有的達(dá)到 25～30萬美元。我國(guó)模具企業(yè)大都微利，缺乏后勁。
（5）與國(guó)際水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后。技術(shù)落后易被發(fā)現(xiàn)，管理落后易被忽視。國(guó)內(nèi)大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理模式，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多。信息化、數(shù)字化管理在模具企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)在剛剛開始。
（6）專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化的程度低，協(xié)作差。
由于長(zhǎng)期以來受"大而全""小而全"影響，模具專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細(xì)，商品化程度也低。目前國(guó)內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40%左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。與國(guó)際水平相比要落后許多。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低， 模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對(duì)模具制造周期有很大影響。
20年來我國(guó)模具制造水平有了很大的提高，模具的CAD/ CAM已很普遍，CAM/CAPP也在積極推廣。如今我國(guó)生產(chǎn)的模具精度已達(dá)到微米級(jí)，與20年前相比，模具壽命提高了幾十倍，模具生產(chǎn)周期縮短了約3/4，模具的標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率從幾乎是零，達(dá)到45%左右。
20年來我國(guó)模具人才的培養(yǎng)也上了一個(gè)很大的臺(tái)階。20年前我國(guó)大專院校都沒有設(shè)立模具專業(yè)的，而如今，已有六、七十所大專院校設(shè)立了模具專業(yè)。中國(guó)模協(xié)在全國(guó)建有38個(gè)模具人才培訓(xùn)基地，CIMATRON也是中國(guó)模協(xié)的人才培訓(xùn)基地之一，自然肩負(fù)著軟件的推廣、軟件的二次開發(fā)及人才培訓(xùn)工作。
上述情況正是我們模具行業(yè)和模具相關(guān)行業(yè)要一同努力，使之發(fā)展的領(lǐng)域，在這里，我們要感謝CIMATRON軟件對(duì)中國(guó)模具行業(yè)的貢獻(xiàn)，希望CIMATRON中國(guó)公司進(jìn)一步在模具軟件的開發(fā)、普及和培訓(xùn)人才方面，與中國(guó)模具企業(yè)一同發(fā)展。
當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。在這種情況下，用戶對(duì)模具制造的要求是“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”。模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該與這些要求相適應(yīng)。
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)，是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨簡(jiǎn)化。在普及推廣模具CAD/CAM技術(shù)的過程中，應(yīng)抓住機(jī)遇，重點(diǎn)扶持國(guó)產(chǎn)模具軟件的開發(fā)和應(yīng)用；加大技術(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。有條件的企業(yè)應(yīng)積極做好模具CAD/CAM技術(shù)的深化應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPPPDMCIMSVR，逐步深化和提高。用于模具設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)軟件，將向智能化、集成化方向發(fā)展。
快速原型制造(RPM)及相關(guān)技術(shù)將得到更好的發(fā)展
快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國(guó)首先推出的。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎的離散/堆積(即材料累加)成形思想，根據(jù)零件CAD模型，快速自動(dòng)完成復(fù)雜的三維實(shí)體(模型)制造。RPM技術(shù)是集精密機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)，被公認(rèn)為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。
RPM技術(shù)可直接或間接用于模具制造。首先是通過立體光固化(SLA)、疊層實(shí)體制(LOM)、激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印(3D-P)、熔融沉積成形(FDM)等不同方法得到制件原型。然后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長(zhǎng)壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄造、粉末冶金、電鑄和熔射(熱噴涂)等方法。這種方法制模，具有技術(shù)先進(jìn)、成本較低、設(shè)計(jì)制造周期短、精度適中等特點(diǎn)，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速制模技術(shù)進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。用RPM技術(shù)制造出原型后，或用實(shí)物，使用旋轉(zhuǎn)鑄造(用熱硬化橡膠做模具)可快速、低成本地制造小批量零件，發(fā)展前景很好。
RPM技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動(dòng)(研磨)成形法中母模(電極研具)制造困難問題，使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于RE(逆向工程技術(shù))/RPM的模具并行開發(fā)系統(tǒng)，具有開發(fā)質(zhì)量高、開發(fā)成本低及開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。
(7)高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用
國(guó)外近年來發(fā)展的高速銑削加工，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000-100000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)到30-40r/min，加速度可達(dá)1g，換刀時(shí)間可提高到1-2s。這樣就大幅度提高了加工效率，并可獲得Ra≤μm的加工表面粗糙度。另外，還可加工硬度達(dá)60HRC的模塊，形成了對(duì)電火花成形加工的挑戰(zhàn)。高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比還具有溫升低(加工工件只升高3℃)、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削必須與相應(yīng)的軟件、加工工藝、刀具及其夾緊頭相配合。高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了模具加工技術(shù)的發(fā)展，特別是對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力。
模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將在逆向工程中發(fā)揮更大作用
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)，已在我國(guó)200多家模具廠點(diǎn)得到應(yīng)用，取得良好效果。該系統(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，用雷尼紹的SP2-1掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)通過軟件可自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序及不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。高速掃描機(jī)掃描速度最高可達(dá)3m/min，大大縮短了模具制造周期。
由于模具掃描系統(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。逆向工程和并行工程將在今后的模具生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。
(8)電火花銑削加工技術(shù)將得到發(fā)展
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。
超精加工和復(fù)合加工將得到發(fā)展
航空航天等部門已應(yīng)用納米技術(shù)，必須要有超高精度的模具制造超高精度的零件。隨著模具向精密化和大型化方向發(fā)展，加工精度超過1μm的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工將得到發(fā)展。兼?zhèn)鋬煞N以上工藝特點(diǎn)的復(fù)合加工技術(shù)在今后的模具制造中將有廣闊的前景。
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。為了適應(yīng)模具工業(yè)發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強(qiáng)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必將得到發(fā)展。
(9)為了適應(yīng)對(duì)模具壽命的要求，優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視
在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在10%-30%之間，因此選用優(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。對(duì)于模具鋼來說，要采用電渣重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或具特殊性能的模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程中產(chǎn)的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)的問題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒有材料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這種鋼材還適用于注射成型添加玻璃纖維或金屬粉末的增強(qiáng)塑料的模具，如型腔、形芯、澆口等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是重要方向。其他優(yōu)質(zhì)模具材料如硬質(zhì)合金、陶瓷材料、復(fù)合材料等的擴(kuò)大應(yīng)用，也十分重要。
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普及常有箐面處理方法，即擴(kuò)滲如：滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昂貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
由于鋁合金材料重量輕、切削性能好、導(dǎo)熱導(dǎo)電率高、焊接性能優(yōu)良，用它作模具材料可縮短制模周期和降低模具成本，且用于塑料?？捎?0萬次以上壽命，因此用鋁合金進(jìn)行高速切削來制作快速經(jīng)濟(jì)模具已在世界上得到較為廣泛的使用，我國(guó)也已開始使用。預(yù)計(jì)今后將會(huì)得到較快發(fā)展。
模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。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，我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率低(約占整個(gè)模具周期的1/3)，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。另外，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光方法，如擠壓研磨、電化學(xué)拋光、超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。
(10)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展，國(guó)外已出現(xiàn)了模具自動(dòng)加工系統(tǒng)。這也是我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征：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(kù)；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)。
3 相關(guān)計(jì)算
彎曲凹模深度是彎曲模結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。V形件彎曲凹模深度通常用其斜壁長(zhǎng)度L0(圖1)表示。對(duì)于L0的確定，一般沖壓書刊文獻(xiàn)均未提出任何計(jì)算公式，只介紹了一種查表方法，即根據(jù)V形件兩側(cè)直邊長(zhǎng)度L和板料厚度t查表1確定。
表1 彎曲V形件的凹模深度L0(mm)
Tab.1 Diedepth L0 for V-shape bending
彎曲件邊長(zhǎng)L(mm)
材料厚度(mm)
＜
2～4
＞4
10～25
10～15
15
＞25～50
15～20
25
30
＞50～75
20～25
30
35
＞75～100
25～30
35
40
＞100～150
30～35
40
50
這種查表方法的依據(jù)，是“L0不宜過小，若L0過小，則V形件兩側(cè)的自由部分較長(zhǎng)，彎曲的回彈會(huì)增大，使得工件兩側(cè)不平直”。所以“邊長(zhǎng)L愈大，凹模深度L0也愈大”。
本文認(rèn)為表1的數(shù)據(jù)及其依據(jù)值得商榷，因?yàn)椋?
(1) 從理論上看，彎曲回彈的計(jì)算公式是：彎曲半徑回彈：
彎曲角度回彈：
式中，r，α，t—工件上的彎曲半徑、彎曲角度和板料厚度
r凸，α凸—凸模的圓角半徑、彎曲角度
E，σs—材料的彈性模量和屈服應(yīng)力
由式(2)可見，影響回彈的尺寸因素是工件彎曲區(qū)段的彎曲半徑r、彎曲角度α和材料厚度t，跟未參與變形的工件直邊長(zhǎng)度L和自由部分長(zhǎng)度(L-L0)并沒有直接關(guān)系。
(2) 從生產(chǎn)實(shí)例看，在用折彎?rùn)C(jī)折彎板料時(shí)，盡管工件直邊長(zhǎng)度L很大，其所用的彎曲凹模深度L0并不大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表1所列數(shù)據(jù)范圍，但加工后的工件兩側(cè)卻依然平直。
由此可見，V形彎曲件邊長(zhǎng)L不應(yīng)作為確定凹模深度L0的依據(jù)。對(duì)于L0的確定，本文在分析彎曲變形過程的基礎(chǔ)上，提出一種計(jì)算方法，簡(jiǎn)介如下。
彎曲變形過程分析
眾所周知，V形件彎曲變形過程可分3個(gè)階段(見圖2)，即正向自由彎曲(圖2a)，正、反向彎曲(圖2b)和較正彎曲(圖2c)。
由圖2可見，這種加工方式并不盡如人意，主要有兩點(diǎn)：
1) 變形部位。V形件實(shí)際需要彎曲的區(qū)段并不長(zhǎng)，但彎曲過程材料的變形區(qū)卻擴(kuò)及很大的范圍，使不需要彎曲的兩側(cè)，也產(chǎn)生了彎曲變形。為了消除這種不需要的多余彎曲，就只好增大凹模深度L0來進(jìn)行反彎校直定形，而增大深度L0又進(jìn)一步擴(kuò)大了變形區(qū)范圍。
2) 變形方式。工件只要求正向彎曲，但在彎曲過程中卻出現(xiàn)了反向彎曲，使彎曲變形及其回彈的規(guī)律更加復(fù)雜化，更加難于掌握和控制，以致影響彎曲件的尺寸精度。這種反向彎曲，對(duì)工件材質(zhì)性能、模具壽命及力能消耗也有不利影響。
怎樣避免出現(xiàn)反向彎曲，避免變形區(qū)出現(xiàn)超出實(shí)際需要彎曲的范圍等不利現(xiàn)象，做到“按需變形”，即按V形件實(shí)際需要的彎曲部位和彎曲方式變形呢，下面通過兩種特殊情況來說明。
2.1 無圓角弧形凹模(見圖3)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：沒有圓角半徑(r凹=0)，沒有凹模斜壁(L0=0)，只有一個(gè)與V形件彎曲部分形狀完全一致的弧形凹槽。
變形特點(diǎn)：
(1) 整個(gè)彎曲過程中，工件都是由凹?？诓康腁A點(diǎn)支承。兩支承點(diǎn)之間為“變形區(qū)”，兩支承點(diǎn)以外為“非變形區(qū)”。兩支承點(diǎn)間距離2W為固定值。
(2) 設(shè)變形區(qū)恒保持圓弧狀，隨著凸模的下壓，圓弧半徑ρ逐漸減小，彎曲中心角θ逐漸增大，圓弧長(zhǎng)度s逐漸增大。
s=(ρ+t/2)θ (3)
由此可見，彎曲變形是通過將凹?？谕?非變形區(qū))的材料源源不斷地拉入凹模(變形區(qū))來實(shí)現(xiàn)的。所以凹?？谕獾淖冃螀^(qū)可分為兩部分：一是將被拉入凹模參與變形的“待變形區(qū)”；一是直至彎曲過程結(jié)束，仍留在凹?？谕?，依然保持平直狀態(tài)的“不變形區(qū)”。
由圖3可見，開始彎曲時(shí)，毛坯上的01區(qū)段為變形區(qū)，12區(qū)段為待變形區(qū)，其長(zhǎng)度為l12
而23區(qū)段為不變形區(qū)。
采用這種弧形凹模就不會(huì)出現(xiàn)反向彎曲，其變形區(qū)是逐漸增大的，最后才達(dá)到工件實(shí)際需要的弧長(zhǎng)(r+t/2)φ。所以變形區(qū)不會(huì)超出實(shí)際需要的彎曲范圍，真正實(shí)現(xiàn)“按需變形”。
但這種凹模結(jié)構(gòu)是不能用于實(shí)際生產(chǎn)的，因?yàn)闆]有圓角半徑，凹?？诔始饨?，材料流入困難，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，刮傷工件，損壞模具，彎曲變形為劇增，會(huì)促使工件彎裂，對(duì)彎曲成形極限極為不利。
有圓角半徑r凹，但沒有斜壁(L0=0)的凹模(見圖4)
變形特點(diǎn)
(1) 開始彎曲時(shí)，工件的支承點(diǎn)在A-A，隨著凸模的下壓，支承點(diǎn)逐漸內(nèi)移，兩支承點(diǎn)間距離由開始的2ω逐漸縮短，變形區(qū)弧長(zhǎng)s=(ρ+t/2)θ也隨之變化。
(2) 討論變形區(qū)弧長(zhǎng)s是如何變化的，是增長(zhǎng)還是減短。
由式(3)可知，弧長(zhǎng)s隨ρ和θ而變，但ρ是逐漸減小，θ是逐漸增大的。由圖4知：
ω=(ρ+r凹+t)sinθ (5)
即：
代入式(3)得：
將s對(duì)θ求導(dǎo)，得：
在彎曲最終時(shí)刻，ρ=r，θ=φ，代入式(5)知：
ω=(r+r凹+t)sinφ (9)
將式(9)代入式(8)知：
因?yàn)橐话闱闆r下有
同時(shí)又有sinφ＜1，所以在θ＜90°范圍內(nèi)，式(10)右邊第一項(xiàng)較小，求得的(ds/dθ)基本上是負(fù)值。
也就是說，變形區(qū)范圍s是隨著彎曲變形而逐漸向中間縮小的。這與無圓角弧形凹模的彎曲方式有根本的區(qū)別。
(3) 變形過程中，變形區(qū)逐漸向中間縮小，非變形區(qū)就逐漸向中間擴(kuò)大，但擴(kuò)大的部分已不是未經(jīng)變形的平直狀態(tài)，而是已經(jīng)發(fā)生過彎曲變形，其曲率半徑由中間的r向外逐漸增大，類似漸開線的性質(zhì)。
通過分析得到下述結(jié)論：
(1) 利用這種沒有斜壁的凹模不可能壓出兩側(cè)要求平直的V形件，因?yàn)樽罱K時(shí)刻，兩側(cè)的非變形區(qū)包括不變形區(qū)和已變形區(qū)兩部分。
(2) 為了消除已變形區(qū)的不符需要的多余彎曲，就必須在兩側(cè)設(shè)置斜壁，以便對(duì)工件校直定形。而這種校直過程實(shí)際就是一種反向彎曲。
凹模深度L0的計(jì)算方法
由上述可知，帶有圓角半徑r凹的凹模必須有斜壁，但斜壁L0過大也會(huì)造成一系列負(fù)面影響：一是會(huì)增大凹模高度，浪費(fèi)模具材料；二是要求壓力機(jī)的行程也相應(yīng)增大；三是增加了后期校正彎曲的承壓面積，弱化了校正彎曲的作用。
因此，確定凹模深度L0的原則應(yīng)該是：在保證完成已變形區(qū)的樣直前提下，盡可能取L0的最小值。最小值的計(jì)算公式推導(dǎo)如下：
圖5為有圓角半徑r凹和凹模斜壁L0的V形體彎曲凹模。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斜壁長(zhǎng)度L0正好等于已變形區(qū)的長(zhǎng)度，即最初和最終時(shí)刻變形區(qū)弧長(zhǎng)的差值。
最初變形區(qū)長(zhǎng)度為ω，最終變形區(qū)弧長(zhǎng)為(r+t/2)φ 于是：
由圖5知：
ω=(r凹+r +t)sinφ+L0cosφ(12)
將式(12)代入式(11)得出V形件彎曲凹模最小深度尺寸L0的計(jì)算公式：
由式(13)可以看出，凹模深度L0與工件的彎曲角度φ和彎曲半徑r有密切關(guān)系，而與工件的邊長(zhǎng)L并沒有直接關(guān)系。因此，根據(jù)邊長(zhǎng)L來確定深度L0是不正確的。
由式(13)還可看出，式中r，t和φ是工件尺寸，只有L0和r凹是在設(shè)計(jì)模具時(shí)確定的凹模尺寸，可見當(dāng)工件尺寸一定時(shí)，斜壁長(zhǎng)度L0是隨著凹模圓角半徑r凹變化的，它們之間有緊密的聯(lián)系。但前述經(jīng)驗(yàn)方法都是分別查取L0和L凹，沒有考慮二者之間的內(nèi)在聯(lián)系。
計(jì)算實(shí)例
V形件彎曲凹模圓角半徑的經(jīng)驗(yàn)值是
t≤2mm，r凹=(2～6)t
t=2mm～4mm，r凹=(3～3)t
t≥4mm，r凹=2t
現(xiàn)設(shè)t=2mm，r凹=3t=6mm，設(shè)工件彎曲半徑r=3mm
按式(13)計(jì)算出L0和φ的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。
表2 L0和φ的對(duì)應(yīng)關(guān)系
Tab.2 Relationship between L0 and φ
φ
80°
67.5°
60°
45°
30°
22.5°
15°
7.5°
5°
φ
4л/9
3л/8
л/3
л/4
л/6
л/8
л/12
л/24
л/36
L0
6.351
8.829
10.67
15.83
25.420
34.665
52.82
106.62
160.21
由表2中數(shù)據(jù)可以看出，工件的彎曲角φ愈大，則凹模深度L0愈小。折板機(jī)一般折彎角φ＞30°，按式(13)求得其所對(duì)應(yīng)的凹模深度并不大。此結(jié)論與生產(chǎn)中常采用深度很小的凹模進(jìn)行折彎加工的實(shí)際情況是吻合的。
4 結(jié)論
(1)V形件彎曲凹模由于有圓角半徑r凹，變形區(qū)就逐漸變小，因而在彎曲終止時(shí)的非變形區(qū)中就包含了已變形區(qū)，就需要設(shè)置凹模斜面L0來消除多余彎曲，使工件校直定形。
(2)根據(jù)工件直邊長(zhǎng)度過L來確定凹模深度L0，這種慣用方法，無論從理論還是從實(shí)際來看都是不恰當(dāng)?shù)?。L0應(yīng)該按本文的式(13)來計(jì)算，求得的L0值就是V形件彎曲凹模的最小深度值。
(3)本文推導(dǎo)的式(13)是建立在彎曲變形區(qū)恒保持圓弧狀的假設(shè)基礎(chǔ)上的，對(duì)于工程應(yīng)用，其準(zhǔn)確性完全夠用。當(dāng)然，從研究角度來看，還可以采用更合理的變形模式，使推導(dǎo)出的計(jì)算公式進(jìn)一步精化。
4 主要簡(jiǎn)圖
4.1 零件圖
4.2 U型件成形簡(jiǎn)圖
4.3 二次成形圖
1-模柄 2-銷釘 3-凸模 4-搖板 5-彈簧軸 6-螺釘
7-彈簧掛釘 8-下模板 9-拉簧 10-支架 11-芯棒
5 發(fā)展
現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時(shí)，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。由于模具生產(chǎn)要采用一系列高新技術(shù)，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精加工技術(shù)等等，因此，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，有人說，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因此已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。
模具工業(yè)是無以倫比的"效益放大器"。用模具加工產(chǎn)品大大提高了生產(chǎn)效率，而且還具有節(jié)約原材料、降低能耗和成本、保持產(chǎn)品高一致性等特點(diǎn)。因此模具被稱為"效益放大器"，在國(guó)外，模具被稱為"金鑰匙"、"進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力"等等。從另一個(gè)角度上看，模具是人性化、時(shí)代化、個(gè)性化、創(chuàng)造性的產(chǎn)品。更重要的是模具發(fā)展了，使用模具的產(chǎn)業(yè)其產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力也提高了。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料，模具可帶動(dòng)其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的比例大約是1:100，即模具發(fā)展1億元，可帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)100億元。
模具不是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。它具有單件生產(chǎn)和對(duì)特定用戶的依賴特性。就模具行業(yè)來說，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，不能采用通常的引進(jìn)產(chǎn)品許可證和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等方式，而主要是引進(jìn)已經(jīng)商品化了的CAD/ CAM /CAE軟件和精密加工設(shè)備等。模具的CAD/CAE/CAM涉及面廣、集多種學(xué)科與工程技術(shù)于一體，是綜合型、技術(shù)密集型產(chǎn)品。如塑料模具的CAE技術(shù)要利用高分子材料學(xué)、流變學(xué)、傳熱學(xué)、計(jì)算力學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等知識(shí)，涉及的領(lǐng)域還包括聲波及電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等各類物理場(chǎng)，通過工程分析、來建立塑料成型的數(shù)學(xué)和物理模型，構(gòu)造有效的數(shù)值計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)成型過程的動(dòng)態(tài)仿真分析。現(xiàn)代化的模具要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造、數(shù)字化管理、數(shù)字化生產(chǎn)流程。這些模具的數(shù)字化代表了現(xiàn)代模具的一個(gè)方面，沒有模具的數(shù)字化，就沒有現(xiàn)代模具。模具的CAD/CAE/CAM技術(shù)日新月異，重要的工作是后續(xù)對(duì)人員的培訓(xùn)和對(duì)于引進(jìn)的軟件進(jìn)行二次開發(fā)。像我們熟知的CIMATRON公司不但在塑料模具的CAD/ CAM軟件上在中國(guó)保持其市場(chǎng)占有率并且在擴(kuò)大，而且在沖壓模具、多成份橡膠制鞋模具等領(lǐng)域開拓，也將大顯身手；開發(fā)FUTABA、LKM、MISUMI標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)庫(kù)的工作也已提上日程。這是為模具行業(yè)服務(wù)的具體體現(xiàn)。
6 沖裁模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示范
6.1 排樣論證的基本思路
排樣論證的目的是為了畫出正確的模具排樣圖。一個(gè)較佳的排樣方案必須兼顧沖壓件的公差等級(jí)、沖壓件的生產(chǎn)批量、模具結(jié)構(gòu)和材料利用率等方面的因素。
6.2 典型組合選擇示范
計(jì)算凹模周界及確定模具的主要結(jié)構(gòu)是為了選用合適的模具結(jié)構(gòu)典型組合。根據(jù)本模具采用縱向送料方式、彈壓卸料板、倒裝復(fù)合模、中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及凹模周界為H×D=16×Ф80，可從《冷沖模國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》查到復(fù)合模圓形厚凹模典型組合(GB2873.3-81)。各模具零件的標(biāo)準(zhǔn)外形尺寸H×D如下：
(1)上墊板(GB2858.6-81) 4×Ф80 1塊；
(2)固定板(GB2858.5-81) 12×Ф80 1塊；
(3)凹模(GB2858.4-81) (22×Ф80)調(diào)整至18×Ф80 1塊；
(4)卸料板(GB2858.5-81) 10×Ф80 1塊；
(5)固定板(GB2858.5-81) 14×Ф80 1塊；
(6)下墊板(GB2858.6-81) 4×Ф80 1塊；
本典型組合推薦使用3只M8的緊固螺釘、2只Ф8的圓柱銷、3只桿部直徑為Ф8的臺(tái)肩式卸料螺釘、凸凹模的推薦長(zhǎng)度為42mm、配用模架閉合高度在140～165mm之間。
有了模具結(jié)構(gòu)的典型圖，模具設(shè)計(jì)就大為簡(jiǎn)化。只要根據(jù)排樣圖中凸模或凸凹模的位置，分別把各個(gè)凸模或凸凹模畫入典型組合可，并相應(yīng)地在凹模板或凸凹模上開制相應(yīng)的凹模洞口及在其它零件上畫出漏料孔、打料系統(tǒng)等，就可得到一張完整又正確的裝配圖。
6.3 非標(biāo)準(zhǔn)模具的對(duì)照設(shè)計(jì)
有些矩形凹模板根據(jù)計(jì)算結(jié)果會(huì)很難選到一個(gè)合適的標(biāo)準(zhǔn)凹模板。例如某狹長(zhǎng)沖壓件，其凹模周界的計(jì)算值：H×L×B=20×60×125， 與之最為接近的標(biāo)準(zhǔn)凹模板尺寸為：H×L×B=20×125×125，仍相差懸殊。解決的辦法是根據(jù)H×L×B=20×125×125的標(biāo)準(zhǔn)凹模板找到模具的典型組合，同樣根據(jù)該典型組合構(gòu)畫裝配圖，只是把模具內(nèi)的所有模板的L尺寸全部換成非標(biāo)準(zhǔn)尺寸60mm，而尺寸H及B保持不變，進(jìn)行必要的有限非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
6.4 繪制模具裝配圖示范
(1) 有了模具結(jié)構(gòu)典型組合圖，就可以著手繪制模具裝配圖。我們一般應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)典型組合圖繪制模具結(jié)構(gòu)草圖，這樣無論在布置圖面、還是考慮結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等問題上都將帶來許多便利之處。
圖面布置規(guī)范
為了繪制一張美觀、正確的模具裝配圖，必須掌握模具裝配圖面的布置規(guī)范。圖3所示是模具裝配圖的圖面布置示意圖，可參考使用。
圖紙的左上角1處是檔案編號(hào)。如果這份圖紙將來要?dú)w檔，就在該處編上檔案號(hào)(且檔案號(hào)是倒寫的)，以便存檔。不能隨意在此處填寫其它內(nèi)容。
圖3 圖面布置示意圖
1-檔案編號(hào)處 2-布置主視圖 3-布置俯視圖 4-布置產(chǎn)品圖 5-布置排樣圖
6-技術(shù)要求說明處 7-明細(xì)表 8—標(biāo)題欄
(2) 處通常布置模具結(jié)構(gòu)主視圖。在畫主視圖前，應(yīng)先估算整個(gè)主視圖大致的長(zhǎng)與寬，然后選用合適的比例作圖。主視圖畫好后其四周一般與其它圖或外框線之間應(yīng)保持有約50～60mm的空白，不要畫得“頂天立地”，也不要畫得“縮成一團(tuán)”，這就需要選擇一合適的比例。推薦盡量采用1:1的比例，如不合適，再考慮選用其它《機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》上推薦的比例。
(3)處布置模具結(jié)構(gòu)俯視圖。應(yīng)畫拿走上模部分后的結(jié)構(gòu)形狀，其重點(diǎn)是為了反映下模部分所安裝的工作零件的情況。俯視圖與邊框、主視圖、標(biāo)題欄或明細(xì)表之間也應(yīng)保持約50～60mm的空白。
(4)處布置沖壓產(chǎn)品圖。并在沖壓產(chǎn)品圖的右方或下方標(biāo)注沖壓件的名稱、材料及料厚等參數(shù)。對(duì)于不能在一道工序內(nèi)完成的產(chǎn)品，裝配圖上應(yīng)將該道工序圖畫出，并且還要標(biāo)注本道工序有關(guān)的尺寸。
6.5拉深模具中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制和運(yùn)用
拉深工藝的基本運(yùn)動(dòng)是，卸料板先與板料接觸并壓牢，凸模下降至與板料接觸，并繼續(xù)下降，進(jìn)入凹模，凸、凹模及板料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致板料體積成形，然后凸、凹模分開，凹?；瑝K把工件推出，完成拉深運(yùn)動(dòng)。
卸料板和滑塊的運(yùn)動(dòng)非常關(guān)鍵，為了保證拉深件的質(zhì)量，必須控制卸料板的運(yùn)動(dòng)，讓它先于凸模與板料接觸，并且壓料力要足夠，否則拉深件容易起皺，甚至裂開；其次應(yīng)確保凹?；瑝K壓力足夠，以保證拉深件底面的平面度。
拉深復(fù)合模設(shè)計(jì)合理，可以很好地控制結(jié)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)過程，達(dá)到多工序組合的目的。例如典型的落料拉深切邊沖孔復(fù)合模具的設(shè)計(jì)。
另外，有些裝飾品和日用品的拉深件需要有卷邊（或滾邊）工序，模具設(shè)計(jì)中也用到了滾軸結(jié)構(gòu)，所以在卷邊過程中滾動(dòng)的摩擦力非常小，不容易擦傷工件表面。
圖1所示平衡器是出口產(chǎn)品，它是汽車上的一個(gè)零件，此零件為U形下陷件，長(zhǎng)度352.5mm材料是Q235A，厚度是6mm。要求平衡器外邊緣平齊并保證尺寸89mm，該零件生產(chǎn)批量大，但生產(chǎn)周期短。
7 工藝分析
原平衡器生產(chǎn)工藝流程是：剪板-成形-整形-銑外邊緣尺寸89mm-沖孔。
圖2所示是平衡器成形后的情況，由于零件左端局部是沖壓成形，迫使部分
料向上面流動(dòng)，在上邊緣形成突耳，同時(shí)也使上邊緣成不規(guī)則的曲線。
為了保證零件圖樣尺寸89mm的要求，原工藝是采用銑削加工，由于銑削速
慢，零件批量大，銑削加工很難保證工期。
浮動(dòng)分離式切邊模及其工作過程
原銑削工藝不能滿足大批量、工期緊的生產(chǎn)要求，而采用模具切邊來代
銑削加工則是最好的方法。
由于零件結(jié)構(gòu)限制，采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)做切邊模夫法實(shí)現(xiàn)該零件的切邊。如果設(shè)計(jì)成浮動(dòng)分離式凸模結(jié)構(gòu)的切邊模，則能解決這一難題。圖3是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖．其凸模做成浮動(dòng)的，與上模分離。其工作過程是；當(dāng)沖床滑塊下行時(shí)首先由壓料板壓緊零件．以免切邊時(shí)零件竄動(dòng)，滑塊繼續(xù)下行，上模與浮動(dòng)凸模接觸，使之與滑塊一起下行，浮動(dòng)凸模是由導(dǎo)向塊定位和導(dǎo)向的，切邊后滑塊上行，浮動(dòng)凸模由復(fù)位彈簧復(fù)位。完成一次切邊過程，將上件翻轉(zhuǎn)即可切別一邊。
為了使切邊過程更加平穩(wěn)，浮動(dòng)凸模采用了傾斜刀口，這樣不僅減小了沖裁力，同時(shí)也減小了振動(dòng)和噪聲。
經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)證明，U形下陷件用浮動(dòng)分離式切邊模修邊，加工出的制件符合圖樣要求。模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，生產(chǎn)效率高。
結(jié) 論
《禮記》有云：大學(xué)之道，在明德，在親民。在提筆撰寫我的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書的結(jié)論的時(shí)候，我也在向我的大學(xué)生活做最后的告別儀式。我不清楚過去的一切留給現(xiàn)在的我一些什么，也無從知曉未來將賦予我什么，但只要流淚流汗，拼過闖過，人生才會(huì)少一些遺憾。
非常幸運(yùn)能夠加入機(jī)電這個(gè)的行業(yè)，即將走向工作崗位的時(shí)刻，我仿佛感受到自動(dòng)化浪潮對(duì)于我的沖擊，這種沖擊，碰撞了我?guī)啄陙韺?duì)于這個(gè)行業(yè)的憧憬。
由于本人是首次對(duì)彎曲模具設(shè)計(jì)及其凸模數(shù)控加工仿真設(shè)計(jì)，僅僅憑借指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和書本上的知識(shí)進(jìn)行工作，時(shí)間也非常短，因此畢業(yè)設(shè)計(jì)的難度很大。通過努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，雖然在設(shè)計(jì)中還存在一些問題和不足，但是收獲卻很大。
通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，本人對(duì)彎曲模有了更深一步的認(rèn)識(shí)，將書本上的一些的知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際，基本具備了用所學(xué)的知識(shí)來解決工作中遇到的實(shí)際問題，對(duì)元器件基本上能夠正確使用。
當(dāng)然這些都是很膚淺的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我深深地感到的博大精深，由于第一次設(shè)計(jì)，因而，出現(xiàn)了一些小問題。在今后的工作和設(shè)計(jì)中，我將進(jìn)一步解決目前仍然存在的一些問題，提高自己專業(yè)知識(shí)的健壯性。
在編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的過程，就是訓(xùn)練我們運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)、基本技能制定設(shè)計(jì)方案，來解決實(shí)際問題過程。通過畢業(yè)實(shí)習(xí)、調(diào)研收集資料，全面運(yùn)用所學(xué)的理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能，用CAD繪圖、實(shí)驗(yàn)等基本手段，做出解決一般工程技術(shù)問題的設(shè)計(jì)，寫出論文工程設(shè)計(jì)、任務(wù)、要求、過程及成果的說明文件——畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。鞏固和擴(kuò)大已獲得的理論知識(shí)和實(shí)踐技能。學(xué)習(xí)在解決具體工程技術(shù)問題時(shí)如何綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能。學(xué)習(xí)怎樣調(diào)查研究、收集、查閱和運(yùn)用技術(shù)資料、信息，對(duì)學(xué)習(xí)階段的全部學(xué)習(xí)成果進(jìn)行考核總結(jié)。
我們將學(xué)過的理論在創(chuàng)造后用于工程實(shí)際，通過擬制提綱和編寫說明書的實(shí)際操作，可以培養(yǎng)我們善于調(diào)查研究，勤于創(chuàng)造思維，勇于大膽開拓的工作和學(xué)習(xí)態(tài)度，提高我們專業(yè)實(shí)際能力和文字組織、表達(dá)能力。
由于本人水平有限，說明書中難免有不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)正。
致 謝
感謝我的導(dǎo)師張石平老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這片論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。而你開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快的融入我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
感謝寢室里的患難兄弟，是你們3年來對(duì)我的蹂躪才使我的意志品質(zhì)變的如此堅(jiān)強(qiáng)，大學(xué)真鍛煉人呀。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！
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