畢業(yè)論文件修邊沖孔工藝二及三維模具設計

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1、畢業(yè)論文-件修邊沖孔工藝（二）及三維模具設計 本科畢業(yè)論文件修邊沖孔工藝二及三維模具設計 pieces trimming punching process and three-dimensional mold design 學生姓名 班 級班 學 號 學 院材料科學與工程學院 專 業(yè)材料成型及控制工程 指導教師 副教授 2011年6月11日摘要 自從進入20世紀以來我們國家的汽車制造業(yè)就迅速膨脹起來從上海大眾到廣東東風從通用汽車到天津吉利從釀酒到進軍汽車模具產業(yè)的四川五糧液集團掀起一股涉及行業(yè)內由大型卡車到小型汽車生產的調整老牌汽車基礎上出現(xiàn)新的產業(yè)競爭跨行業(yè)的進入性競爭形勢一片大好 板料沖壓

2、成形以其生產效率高操作簡單容易實現(xiàn)機械化和自動化處理過程適合成批生產在材料消耗不多的情況下可以獲得強度高剛度大而重量輕的零件可得到其它加工方法難以實現(xiàn)的或無法加工的復雜形狀零件這些特點符合了汽車制造業(yè)面對市場挑戰(zhàn)的要求因此在汽車制造業(yè)中被廣泛應用本文是關于汽車變速器加強板的沖壓工藝及模具設計從工件的尺寸特點材料性能沖壓的工藝性從而確定模具設計的工藝方案重點分析了修邊及沖孔的工藝性重點介紹了模具尺寸的確定成形力計算沖壓設備的選擇和模具結構的設計各種標準件的選用以及模具材料的選用等運用CADCATIA軟件對模具進行三維設計虛擬裝配模擬沖壓模具的工作過程關鍵詞冷沖壓模具高強鋼三維設計虛擬裝配Abst

3、ract Since entering since the 20th century our countrys car industry is quickly swell from Shanghai Volkswagen to guangdong dongfeng from gm to tianjin giovanni cobolli gigli from brewing into auto mould industry to the sichuan wu liang ye group starting a shares involves by large trucks in the indu

4、stry to small car production adjustment based on old car appeared new industry competition cross-industry into sexual competition the situation is excellent Sheet metal stamping with its high production efficiency simple operation easy to realize mechanization and automation process suitable for mas

5、s production Few in material consumption it can get high intensity stiffness big and lightweight parts Other processing methods available difficult-to-achieve or unable to processing complex shape parts These characteristics to meet the challenges facing the market of auto manufacturing requirements

6、 so in automobile manufacturing industry has been widely used This paper is about the auto transmission reinforcing plate stamping technology and die design from size of workpiece material properties stamping characteristics the technology of mould design to determine the process scheme Mainly analy

7、zed the technology of trimming and punching Mainly introduces mold size determine forming force calculation stamping equipment selection and mold structure design all kinds of standard selection and material selection of mould etc Using CATIA software to mold CAD three-dimensional design virtual ass

8、embling simulation stamping die working processKey wordscold stamping Mould three-dimensional designvirtual assemblytrixiality目錄前言1第一章 緒論311 引言312冷沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展3com發(fā)展現(xiàn)狀3com概念特點及應用5com沖壓技術的發(fā)展趨勢613選題意義及主要研究內容8com 選題意義8com 主要研究設計內容914 發(fā)展趨勢與研究的主攻方向11com 國內外發(fā)展趨勢11com 發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)12第二章 設計任務及設計方案分析1521 零件的分析15com

9、容15com的主要問題1822 設計方案及分析19com工原理1923零件沖裁工藝分析20com 沖裁件最小孔間距的校核22com 沖裁件最小孔邊距的校核22com精度的分析2224擬訂工藝方案22com藝方案確定22com 模具形式與結構比較24com 模具總體設計25第三章 模具設計計算2931基本尺寸計算29com寸29com料利用率2932沖壓力的計算29com的計算29com頂件力卸料力的計算3033模具壓力中心的確定3134工作零件刃口尺寸計算31com隙分析31com孔凹凸模刃口尺寸計算33第四章 主要零部件設計3541模架的選用3542沖孔凸模3543沖孔凹模3644卸料部件的

10、設計37com的設計37com釘?shù)倪x用3845導向裝置的選用39com選用39com選用4046頂件裝置的選用4147壓力機的選擇4348緊固件的選擇44第五章 修邊沖孔模具CAD建模裝配及虛擬裝配仿真4751 CAD平臺簡介47com CATIA功能模塊簡介47com CATIA系統(tǒng)特點50com CATIA應用領域5252計算機輔助設計建模方法53com 產品設計建模流程及發(fā)展53com 幾何實體建模方法要點5453 修邊沖孔模具實體模型建模過程56com依據(jù)二維圖紙建立零件的理論模型56com 修邊沖孔模具組件模型5654 修邊沖孔模具虛擬裝配61com 基于CATIA的虛擬裝配基本過程

11、6255 修邊沖孔模具電子樣機運動仿真64com機技術簡介64com 左右連接板沖孔落料模裝配仿真過程6656 設計并繪制模具總裝圖69第六章 結論與展望7361 論文主要工作結論7362 對今后工作的展望73致 謝75參考文獻77前言 自從進入20世紀以來我們國家的汽車制造業(yè)就迅速膨脹起來從上海大眾到廣東東風從通用汽車到天津吉利從釀酒到進軍汽車模具產業(yè)的四川五糧液集團掀起一股涉及行業(yè)內由大型卡車到小型汽車生產的調整老牌汽車基礎上出現(xiàn)新的產業(yè)競爭跨行業(yè)的進入性競爭形勢一片大好 板料沖壓成形以其生產效率高操作簡單容易實現(xiàn)機械化和自動化處理過程適合成批生產零件表面光潔美觀尺寸精度穩(wěn)定互換性好成本底

12、在材料消耗不多的情況下可以獲得強度高剛度大而重量輕的零件可得到其它加工方法難以實現(xiàn)的或無法加工的復雜形狀零件這些特點符合了汽車制造業(yè)面對市場挑戰(zhàn)的要求因此在汽車制造業(yè)中被廣泛應用 基于沖壓模具加工具有以上的特點聯(lián)系本次設計又由于汽車變速器加強板是薄板料的成型件可引入沖壓模具來進行加工故可采用連續(xù)沖壓技術和采用復合模進行加工在保證沖裁和拉深質量的條件下可以提高加工的效率能達到交貨期短精度高質量好價格低的要求然而由于模具的設備較龐大能耗高目前的模具設計到制造出成套的模具的周期還較長故不利于模具的更新?lián)Q代所以采用如此加工辦法來加工應該考慮的沖壓件的批量的大小由于汽車變速器加強板是汽車上的零件屬于大批

13、量的生產所以值得設計一套沖壓模具本次設計立足于基礎知識的應用和面向應用性的一個創(chuàng)新設計從我們國家現(xiàn)有的工業(yè)技術狀況和標準經過計算后對實現(xiàn)汽車變速器加強板的沖壓加工的整套模具進行結構設計并對其進行裝配并進行相應分析實現(xiàn)了對大批量汽車變速器加強板的模具設計運用了CAD 畫圖軟件對裝配圖繪畫和對重要零件工程圖繪畫節(jié)約了手工繪圖的時間提高了制圖效率縮短模具制造時間第一章 緒論11 引言 沖壓模具在實際工業(yè)生產中應用廣泛在傳統(tǒng)的工業(yè)生產中工人生產的勞動強度大勞動量大嚴重影響生產效率的提高隨著當今科技的發(fā)展工業(yè)生產中模具的使用已經越來越引起人們的重視而被大量應用到工業(yè)生產中來沖壓模具的自動送料技術也投入到

14、實際的生產中沖壓模具可以大大的提高勞動生產效率減輕工人負擔具有重要的技術進步意義和經濟價值12冷沖壓技術的現(xiàn)狀及發(fā)展com發(fā)展現(xiàn)狀 改革開放以來隨著國民經濟的高速發(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)廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)科龍美的康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家 當今世界正進行著新一輪的產業(yè)調整一些模具制造逐漸向發(fā)展中國家轉移中國正成為世界模具大國近年來外資對我國模具行業(yè)投入

15、量增大工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化這代表著我國模具行業(yè)迎來新一輪的發(fā)展機遇也代表著面臨國外先進技術和高品質制品的挑戰(zhàn) 有數(shù)據(jù)顯示我國目前模具總產值已躍居世界第三僅次于日本和美國其中汽車摩托車家電行業(yè)是模具最大的市場據(jù)權威報告中國已成為第一制造大國我國模具年生產總量雖然已位居世界第三但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多其差距主要表現(xiàn)在下列六方面 1 國內自配率不足80其中中低檔模具供過于求中高檔模具自配率不足60 2 企業(yè)組織結構產品結構技術結構和進出口結構都不夠合理我國模具生產廠點中多數(shù)是自產自配的工模具車間分廠專業(yè)模具廠也大多數(shù)是大而全小而全的組織形式國外模具企業(yè)

16、大多是小而專小而精模具自產自配比例高達50以上國外70以上是商品模具國內模具總量中屬大型精密復雜長壽命模具的比例只有30左右國外在50以上進出口之比2003年為411進出口相抵后凈進口為103億美元為凈進口量最大的國家 3 模具產品水平和生產工藝水平總體上比國際先進水平低許多而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多產品水平低主要表現(xiàn)在精度型腔表面粗糙度壽命及模具的復雜程度工藝水平低主要表現(xiàn)在設計加工工藝裝備等方面 4 開發(fā)能力弱經濟效益欠佳我國模具企業(yè)技術人員比例較低水平也較低不重視產品開發(fā)在市場中常處于被動地位我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產值約合1萬美元左右而模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15-20萬

17、美元有的甚至達到25-30萬美元由此而來的是我國模具企業(yè)經濟效益差大都微利國有企業(yè)總體虧損缺乏后勁 5 模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70以上國內模具標準件使用覆蓋率只有45左右 6 與國際先進水平相比模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后技術落后易被發(fā)現(xiàn)管理落后易被忽視國內大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理模式真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多com概念特點及應用 沖壓是利用安裝在沖壓設備上的模具對材料施加壓力使其產生分離或塑性變形從而獲得所需零件的一種壓力加工方法沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工且主要是采用板料來加工成形所需零件所以也叫冷沖壓或板料沖壓

18、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形工程技術 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具簡稱沖模沖模是將材料批量加工成所需沖件的專用工具沖模在沖壓中至關重要沒有符合要求的沖模批量沖壓生產就難以進行沒有先進的沖模先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)與機械加工及塑性加工的其他方法相比沖壓加工無論在技術方面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點主要表現(xiàn)如下 1 沖壓加工的生產效率高且操作方便易于實現(xiàn)機械化與自動化 2 沖壓是由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度且一般不破壞沖壓材料的表面質量而模具的壽命一般較長所以沖壓件的質量穩(wěn)定互換性好具有一模一樣的特征 3 沖壓可制造出尺寸范圍較大形狀較復雜的零件如小到鐘表的秒

19、針大到汽車縱梁覆蓋件等加上沖壓時材料的冷變形硬化效應沖壓件的強度和剛度均較高 4 沖壓一般沒有切削碎料生成材料的消耗較少且不需其他的加熱設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一個復雜零件需要數(shù)套模具才能加工成形且模具制造的精度高技術要求高是技術密集形產品所以只有在沖壓件生產批量較大的情況下沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現(xiàn)從而獲得較好的經濟利益 沖壓在現(xiàn)代的工業(yè)生產中尤其是大批量生產中應用十分廣泛相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓方法加工產品零部件如汽車農機儀器電子航空航天家電及輕工等行業(yè)在這些部門中沖壓件所占的比重都相當大少則60以上多則90以上

20、不少過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)也被質量輕剛度好的沖壓件所代替因此可以說如果生產中不廣泛采用沖壓工藝許多工業(yè)部門要提高生產率提高產品質量降低生產成本進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現(xiàn)的com沖壓技術的發(fā)展趨勢 模具技術的發(fā)展應該為適應模具產品交貨期短精度高質量好價格低的要求服務達到這一要求急需發(fā)展如下幾項 1 模具設計新技術的應用 a CADCAMCAE技術 模具CADCAMCAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向隨著微機軟件的發(fā)展和進步普及CADCAMCAE技術的條件已基本成熟各企業(yè)將加大CADCAM技術培訓和技術服務的力度進一步擴大CAE技術的應用范圍計算機和網絡的發(fā)展正使CAD

21、CAMCAE技術跨地區(qū)跨企業(yè)跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能實現(xiàn)技術資源的重新整合使虛擬制造成為可能 b 掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或實物掃描到加工出期望的模型所需的諸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現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集自動生成各種不同數(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)得到成功應用相信在十五期間將發(fā)揮更大的作用 2 模具先進制造技術的推廣及應用 a 高速銑削加工 國外近年來發(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

22、度模塊還具有溫升低熱變形小等優(yōu)點高速銑削加工技術的發(fā)展對汽車家電行業(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 b 電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創(chuàng)成加工技術這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術它是有高速旋轉的簡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雜的成型電極這顯然是電火花成形加工領域的重大發(fā)展國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用預計這一技術將得到發(fā)展 c 先進表面處理技術 選用優(yōu)質鋼材和應用相應的表面處理技術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鍵環(huán)節(jié)模具熱

23、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發(fā)展工藝先進的氣相沉積 TiNTiC等 等離子噴涂等技術 d 自動化智能化加工系統(tǒng) 模具表面的質量對模具使用壽命制件外觀質量等方面均有較大的影響研究自動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量是重要的發(fā)展趨勢模具自動加工系統(tǒng)應有多臺機床合理組合配有隨行定位夾具或定位盤有完整的機具刀具數(shù)控庫有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)有質量監(jiān)測控制系統(tǒng) 3 模具標準化我國模具標準化程度正在不斷提高估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30左右國外發(fā)達國家一般為80左右13選題意義及主要研究內容com 選題意義 專家認為模具行業(yè)沖壓模的比例將不斷提高

24、隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展沖壓模的數(shù)量壽命和復雜程度將提出越來越高的要求其精度和復雜程度也將隨著相應提高從以上的內容可以看出模具正在向一個更高精度和復雜度上發(fā)展在這期間需要充足的理論知識來支撐這個發(fā)展所以沖壓模具的設計與制造具有很強的時代進步意義 冷沖壓模具設計是為材料成型及控制工程專業(yè)鍛壓學生在學完基礎理論課技術基礎課和專業(yè)課的基礎上所設置的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)其目的是 1 綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產實際知識進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練從而培養(yǎng)和 提高學生獨立工作的能力 2 鞏固與擴充冷沖壓模具設計等課程所學的內容掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟 3 掌握冷沖壓模

25、具設計的基本技能如計算繪圖查閱設計資料和手冊熟悉標準和規(guī)范等 我選擇的題目正好是關于冷沖壓這個方面的內容通過我對沖壓模具方面書籍的查閱使我對沖壓模具的設計有了系統(tǒng)化的理解況且我今后要從事這個方面的工作這次的設計也是一次很好的學習和鍛煉的過程所以我選擇了汽車變速器加強板修邊沖孔工藝及其模具設計這個題目汽車變速器加強板是一個普通的沖壓零件通過對它工藝性的分析和相關尺寸的計算從而展開了對該零件的模具設計在設計過程中通過自學和老師的講解逐漸地掌握了相關的知識我做這個題目的最大收獲就是明白了設計的思想在這個思想的指導下我完成了下面的設計內容com 主要研究設計內容 1 題目來源 題目名稱變速器加強板修邊

26、沖孔模具設計 題目來源生產實際 題目類別畢業(yè)設計 2 研究目的和意義 沖壓工藝是指沖壓加工的具體方法各種沖壓工序的總和和相關技術經驗沖壓加工是利用安裝在壓力機上的模具對模具里的板料施加變形力使板料在模具里產生變形從而獲得一定形狀尺寸和性能的產品零件的生產技術由于沖壓加工經常在材料的冷狀態(tài)下進行因此也稱冷沖壓沖壓加工的原材料一般為板料或帶料故也稱板料沖壓生產中為滿足沖壓零件形狀尺寸精度批量原材料性能等方面的要求采用多種多樣的沖壓加工方法概括起來沖壓加工可以分為分離工序與成型工序兩大類分離工序又分為落料沖孔和剪切等其目的是沖壓過程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離成形工序分為彎曲拉深翻邊脹形縮

27、口等目的是使沖壓毛坯在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形并轉化成所要求的制件形沖壓加工技術主要是利用沖壓設備和模具實現(xiàn)對金屬材料板材的加工過程沖壓加工有以下特點 大多是金屬塑性加工是金屬整體性保持的前提下依靠塑性變形發(fā)生物質轉移來實現(xiàn)工件形狀和尺寸變化的切屑量相對較小因而材料的利用率高沖壓的加工過程中除尺寸和形狀發(fā)生改變外金屬的組織性能也能得到改善和提高經過塑性加工將使其結構致密粗晶粒破碎細化和均勻從而使性能提高 此外塑性流動所產生的流線也能使其性能得到改善加工過程便于實現(xiàn)生產過程的連續(xù)化自動化適于大批量生產因而勞動生產率高成型件的精度高可實現(xiàn)少無切削加工有些大型的薄板金屬件如汽車的覆蓋件只能通過沖

28、壓模具成型來加工 基于沖壓模具加工具有以上的特點聯(lián)系本次設計由于本課題汽車變速桿加強板是薄板料的成型件可引入沖壓模具來進行加工故可采用連續(xù)沖壓技術和采用復合模進行加工在保證沖壓拉深質量的條件下可以提高加工的效率能達到交貨期短精度高質量好價格低的要求然而由于模具的設備較龐大能耗高目前的模具設計到制造出成套的模具的周期還較長故不利于模具的更新?lián)Q代所以采用如此加工辦法來加工應考慮的沖壓件的批量的大小由于汽車變速桿加強板屬于大批量的生產所以值得設置一套沖壓模具14 發(fā)展趨勢與研究的主攻方向com 國內外發(fā)展趨勢目前一些工業(yè)先進國家都擁有世界水平的沖壓公司和沖壓技術而板料沖壓的出現(xiàn)要比它晚10 年左右的

29、時間在板材沖壓成形中經歷了三次大的革命性進程1849 年出現(xiàn)的手動曲柄式壓力機是薄板成形的第一塊里程碑它標志著機械式薄板成形的開始1879 年Adamso 研究開發(fā)碳鋼和鐵的機械性能并提出了擴孔試驗的單拉伸試驗隨后各種成形工藝及模擬試驗相繼出現(xiàn)薄板成形從手工作坊走向工廠大多數(shù)手工工具被大型模具及機器所取代勞動生產率得到了空前的提高近年來模具工業(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)廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)科龍美的康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心中外合資和外商獨

30、資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步東風汽車公司模具廠一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具此外許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā) 經過多年的努力 在模具設計CADCAECAM 技術方面取得了顯著進步在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻據(jù)中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料2004 年我國沖壓模具總產出約為220 億元其中出口075 億美元約合62 億元根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料2004 年我國共進口沖壓模具561 億美元約合466 億元從上述數(shù)字可以得出2004 年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為2666 億元其中國內市場總

31、需求為2604 億元總供應約為2138 億元市場滿足率為82隨著與國際接軌的腳步不斷加快市場競爭的日益加劇人們已經越來越認識到產品質量成本和新產品的開發(fā)能力的重要性而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間雖然中國模具工業(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)達國家相比仍有較大的差距例如精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低CADCAECAM 技術的普及率不高許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等致使相當一部分大型精密復雜和長壽命模具依賴進口 沖壓技術仍在繼續(xù)進入新的技術領域它將以更快的速度發(fā)展發(fā)展

32、方向將突出精省凈的需求將更加科學化數(shù)字化可控化等幾個方向而人工智能技術智能化控制從實驗階段投入真正的大幅度的使用階段將給整個工業(yè)領域造成新的局面com 發(fā)展趨勢主要表現(xiàn) 從普通沖裁到精密沖裁普通成型到精密成型塑性到超塑性成型的研究各種性的成型工藝日新月異沖壓件的成型精度日趨精確生產率也有了極大提高沖壓加工到了高質量高精度的水平現(xiàn)在的精密沖裁主要對象是對平板零件進行沖裁過去精密沖裁只能對5-8mm 以下的薄板進行加工而現(xiàn)在可以厚達到25mm 的厚板實現(xiàn)精密沖裁 由于采用了計算機輔助工程CAE沖壓成型從原來的對應力應變進行有限元分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析以實行沖壓過程中的優(yōu)

33、化設計此外對材料的成形性能和成形極限的研究沖壓成形難度的判定以及成形預報等技術的發(fā)展都標志沖壓成形已經從原來的經驗實驗分析階段開始走上由沖壓理論指導的科學階段使沖壓成形走向計算機輔助工程化和智能化的發(fā)展道路為了適應大批量高效生產的需要在沖壓模具和設備上廣泛應用了各種自動化的進出料機構例如在汽車的覆蓋件專門配置了機械手這不僅提高了生產效率而且增加了沖壓工作人員的安全性各種中小型沖壓件廣泛采用多任務位級進模多任務位或告訴壓力機為了適應多種產品生產時不斷更換模具的需要而將柔性制造系統(tǒng)的概念引入模具成形生產而沖壓加工中心的出現(xiàn)正標志著沖壓向著自動化發(fā)展 未來沖壓技術主攻方向會是一種將控制論信息技術數(shù)理

34、邏輯優(yōu)化理論計算機科學與板料成型理論有機結合而產生的綜合的新技術就是智能化沖壓第二章 設計任務及設計方案分析21 零件的分析com容 1 問題描述本課題是針對所給沖壓件的具體要求設計沖壓件的沖壓工藝及其模具沖壓件外形及尺寸見圖2-1圖2-2圖2-3圖2-4圖2-5變速桿加強板材料St 14 HFC 008Mn 040P 0020S 0030Al 0025德國的普通結構鋼強度極限 270350延伸率大于42和普通低碳鍍鋅板相比硬度高但是可塑性和韌性差料厚t 20mm大批量生產圖2-1 修邊沖孔工藝面三維圖圖2-2 修邊沖孔坯料三維圖圖2-3 修邊沖孔工藝面性能數(shù)據(jù)圖2-4 修邊沖孔工藝圖圖2-5

35、 變速桿加強板零件圖 2 具體應完成的設計內容有 模具整體方案設計包括零件的工藝分析模具類型的確定壓力中心計算刃口尺寸計算壓力機選擇定位方案推件出件裝置的確定等模具整體裝配圖和模具主要零件圖的設計模具三維圖的繪制分析模具運動動態(tài)模擬分析和裝配分析 編寫設計畢業(yè)論文或者設計說明書 3 本研究主要是研究沖壓過程中的工藝性沖裁間隙凸凹模刃口尺寸的確定排樣沖壓力與壓力的中心的計算完成本課題后可獲得以下成果熟練掌握沖壓模具設計過程完成工藝設計完成一套完整的模具設計電腦繪制出模具的裝配圖和零件圖熟練掌握三維零件的繪制和裝配制作 獲得一副沖裁模具的設計技術與圖紙沖裁過程中可能出現(xiàn)的問題及解決方案撰寫出設計說

36、明書com的主要問題 重點解決的是如何合理實現(xiàn)修邊沖孔工藝的模具設計由于變速桿加強板的零件形狀復雜難點是合理地設計修邊沖孔工序并準確的設計模具的刃口配合尺寸保證沖壓件的成形及成型質量22 設計方案及分析com工原理 沖裁是利用沖模在壓力機上使板料分離的一種沖壓工藝它包括切斷落料沖孔修邊切口等多種工序但一般說來主要是落料和沖孔工序 沖裁變形過程可分為四個階段圖2-6 沖裁變形過程第一階段彈性變形階段 凸模與材料接觸后先將材料壓平繼而凸模及凹模刃口壓入材料中由于彎曲力矩的作用材料不僅產生彈性壓縮且略有彎曲隨著凸模繼續(xù)壓入材料在刃口部分所受的應力也逐漸增大到一定程度時材料內應力達到彈性極限此為材料的

37、彈性變形階段第二階段塑性變形階段 凸模繼續(xù)壓入壓力增加材料內的應力達到屈服極限產生塑性變形隨著塑性變形程度的增大材料內部的拉應力和彎矩隨之增大變形區(qū)材料硬化加劇當壓入深度達到一定程度時刃口附近材料的應力值達到最大值此為塑性變形階段第三階段裂紋延伸階段 凸模壓入在塑性變形進行到一定程度時材料的內應力達到剪切強度極限時材料在刃口出出現(xiàn)裂紋并且隨著凸模的繼續(xù)壓入裂紋沿刃口方向延伸擴展第四階段斷裂分離階段 凸模壓入深度達到一定程度時先后在凹凸模刃口側面產生裂紋裂紋產生后沿最大剪應力方向向材料內層發(fā)展當凹凸模刃口處的裂紋相遇重合時材料便被剪斷分離23零件沖裁工藝分析沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適

38、應性即沖裁件的結構形狀尺寸及公差等技術要求是否是否符合沖裁加工的工藝要求 圖2-7 汽車變速器加強板實物圖 汽車變速器加強板的零件實物圖如圖2-7所示其加工工藝分為四個步驟拉延-修邊沖孔翻邊沖孔本設計為其中的修邊沖孔工序所用材料為第一步經拉延工序完成后的金屬板料此板料具有拉延后的拉延曲面可作為本設計的定位面 圖2-1圖2-2圖2-3圖2-4所示為修邊沖孔工藝零件工藝參數(shù)修邊量11887mm沖孔部分是兩個直徑111mm的孔周長和697mm 從接觸面的工藝孔來保證此零件上的修邊位置及小孔位置是該零件設計需要做的重點工作該零件的毛坯的外形尺寸較大修邊位置靠沖孔后形成的定位曲面來確定沖孔則需要靠保持凸

39、模和凹模之間的刃口尺寸相對位置來保證 本工序所需的板料尺寸較大在完成修邊沖孔工序后為方便取下廢料應該在修邊沖孔工藝后對廢料板進行裁剪根據(jù)廢料的形狀擬將廢料板切成四塊并在模具上設計滑道方便廢料自動滑出com 沖裁件最小孔間距的校核 根據(jù)沖壓手冊查得料厚為20mm的凸凹模最小壁厚為49mm 通過幾何關系計算本零件的最小孔間距為 a 220mm 67mm 因此該零件的最小孔間距滿足凸凹模的最小壁厚要求com 沖裁件最小孔邊距的校核 同樣根據(jù)沖壓手冊查得材料厚為30的凸凹模最小壁厚為67mm通過幾何關系計算本零件最外圈孔離零件邊緣的最小邊距為 a 178mm 49mm因此該零件的最小孔邊距滿足凸凹模的

40、最小壁厚要求com精度的分析 沖裁件內外形的經濟精度不高于GB1800-79IT11級一般要求落料件精度最好低于IT10沖孔件最好低于IT9級 經過對零件圖的觀察分析之后該零件為汽車變速器加強板加強變速器的機械性能對外觀要求不高對整個零件曲面精度要求較高為了保證成形尺寸及精度要求拉延工序使用精度較高的拉延模具在修邊沖孔工序中對沖孔模具和修邊模具的相對位置有較高的要求可通多改善這些方面的模具精度來提高零件的生產精度24擬訂工藝方案com藝方案確定 首先根據(jù)零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序沖壓該零件需要的基本工序由剪切或落料沖孔切廢料 通過對制件的結構進行分析和工藝方案的確定可采用的沖裁方案

41、及模具形式為 方案一先沖孔后落料單工序模生產 方案二沖孔落料復合沖壓復合模生產 方案三沖孔落料級進沖壓級進模生產分析各工序有 方案一是單工序模生產單工序模是在沖壓的一次行程過程中只能完成一個沖壓工序的模具 方案二是復合模生產復合模是在沖壓的一次行程過程中在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 方案三是級進模生產級進模是多任務序沖模在一副級進模上可對形狀十分復雜的沖壓件進行沖裁彎曲拉深成型等工序表2-1 單工序模復合模和連續(xù)模的特點比較項目單工序模復合模連續(xù)模沖壓精度一般較低中高級精度中高級精度原材料要求不嚴格除條料外小件也可用邊角料條料或卷料沖壓生產率低較高高實現(xiàn)操作機械化自動化的可

42、能性較易尤其適合于在多工位壓力機上實現(xiàn)自動化難只能在單機上實現(xiàn)部分機械操作容易尤其適合于在單機上實現(xiàn)自動化生產通用性好適合于中小批量生產及大型件的大量生產較差僅適合于大批量生產較差僅適合于中小型零件的大批量生產沖模制造的復雜性和價格結構簡單制造周期短價格低結構復雜制造難度大價格高結構復雜制造和調整難度大價格與工位數(shù)成比例上升 綜上所述對以上兩個方案從模具結構材料利用率生產成本和生產效率以及自動化程度等多方面因素考慮最終選擇第二套方案com 模具形式與結構比較 模具的結構形式很多可根據(jù)沖壓件的形狀尺寸精度材料性能和生產批量及沖壓設備模具加工條件工藝方案等設計在滿足沖壓件品質要求的前提下力求模具結

43、構簡單制造周期短成本低生產效率高壽命長 1 根據(jù)沖壓件的形狀和尺寸確定凸凹模的加工精度結構形式和固定方法 2 根據(jù)毛坯的特點沖壓件的精度和生產批量確定定位導料和擋料方式 3 根據(jù)工件和廢料的形狀大小確定進料出件和排出廢料的方式 4 根據(jù)板料的厚度和沖壓件的精度要求確定壓料與卸料方式壓料或不壓料彈性卸料或剛性卸料 5 根據(jù)生產批量確定操作方式手工操作自動或半自動操作 6 根據(jù)沖壓件的特征和對模具壽命的要求確定合理的模具加工精度選取合理的導向方式和模具固定方式 7 根據(jù)所使用的設備確定模具的安裝與固定方式 模具總體結構形式的確定是設計時必須先解決的問題也是沖摸設計的關鍵它直接影響沖壓件的質量成本和

44、沖壓生產的水平模具類型的選定應以合理的沖壓工藝為基礎根據(jù)沖壓件的形狀尺寸精度要求材料性能生產批量沖壓設備模具加工條件等多方面的因素做綜合的分析研究并比較其綜合經濟效果以期在滿足沖壓件質量的要求的前提下達到最大限度地降低沖壓件的生產成本確定模具的結構形式時必須解決以下方面的問題 1 模具類型簡單模連續(xù)模復合模等 2 操作方式手工操作自動化操作半自動化操作 3 進出料方式根據(jù)原材料的型式確定進料的方法取出和整理零件的方法原料定位方法 4 壓料與卸料方式壓料或不壓料彈性或鋼性卸料 5 模具精度根據(jù)沖壓件的特點確定合理的加工精度選取合理的導向方式及模具的固定方法等 除生產批量生產成本沖壓件的質量要求外

45、在設計沖模時還必須對其維修性能操作方便安全性特別是手工操作模的安全方面等予以充分的注意com 模具總體設計com1操作方式 零件的生產批量較大但合理安排生產可用手工送料方式提高經濟效益com2定位方式 本設計為修邊沖孔工序所用材料為第一步經拉延工序完成后的金屬板料此板料具有拉延后的拉延曲面可作為本設計的定位面com3卸料方式 剛性卸料與彈性卸料的比較 剛性卸料是采用固定卸料板結構常用于較硬較厚且精度要求不高的工件沖裁后卸料當卸料板只起卸料作用時與凸模的間隙隨材料厚度的增加而增大單邊間隙取0205t當固定卸料板還要起到對凸模的導向作用時卸料板與 凸模的配合間隙應該小于沖裁間隙此時要求凸模卸料時不

46、能完全脫離卸料板主要用于卸料力較大材料厚度大于2mm且模具結構為倒裝的場合 彈壓卸料板具有卸料和壓料的雙重作用主要用于料厚小于或等于2mm的板料由于有壓料作用沖件比較平整卸料板與凸模之間的單邊間隙選擇0102t若彈壓卸料板還要起對凸模導向作用時二者的配合間隙應小于沖裁間隙常用作落料模沖孔模正裝復合模的卸料裝置 工件面為曲面料厚為2mm相對較薄卸料力較大由于彈壓卸料模具比剛性卸料模具方便操作者可以看見條料在模具中的送進動態(tài)且彈性卸料板對工件施加的是柔性力不會損傷工件表面故可采用彈性卸料com4出件方式 因采用復合模生產故采人工前后出件為佳com5確定送料方式 因選用的沖壓設備為開式壓力機采用縱向

47、送料方式即由前向后送料com6確定導向方式 方案一采用對角導柱模架由于導柱安裝在模具壓力中心對稱的對角線上所以上模座在導柱上滑動平穩(wěn)常用于橫向送料級進?；蚩v向送料的落料模復合模 方案二采用后側導柱模架由于前面和左右不受限制送料和操作比較方便因為導柱安裝在后側工作時偏心距會造成導套導柱單邊磨損嚴重影響模具使用壽命且不能使用浮動模柄 方案三四導柱模架具有導向平穩(wěn)導向準確可靠剛性好等優(yōu)點常用于沖壓件尺寸較大或精度要求較高的沖壓零件以及大量生產用的自動沖壓模架 方案四中間導柱模架導柱安裝在模具的對稱線上導向平穩(wěn)準確但只能一個方向送料 根據(jù)以上方案比較并結合模具結構形式和送料方式為提高模具壽命和工件質量

48、采用四導柱模架的導向方式即方案一最佳com7沖裁質量模具磨損與潤滑 1 沖裁質量 沖裁件的翹曲沖裁件與沖孔的粗糙斷面除用精密沖裁方法外都是不可避免的在普通沖裁中這張缺陷是由于在裁斷部分凸模和凹模力不重合形成了彎矩以及材料剪斷時板平面內受到的拉應力造成的其主要原因是間隙彎曲造成工件翹曲拉應力增加了斷面的粗糙度為了提高沖裁件與沖孔質量具體方法時看 a 盡量用最小的合理間隙 b 用壓板壓緊凹模面上的板料不使其翹曲 c 用強有力的頂件裝置對沖裁件施加反力也是為了不使其翹曲 d 減小搭邊寬度以減小拉應力搭邊小時會將沖裁轉變?yōu)檎藜磳⒓魯嘧優(yōu)榍邢餍再|但這是不易做到的而且影響進料和模具壽命 e 用適當?shù)臐櫥?/p>

49、劑 2 模具磨損與潤滑 間隙小對模具壽命不利應視具體要求采用適當大的間隙加快磨損和惡化沖裁件質量的一大原因是金屬件的粘貼粘貼的原因是粘貼的基本原因是金屬間的附著力無氧化干凈光潔的表面和相同的材料容易造成分子間的吸附條件高溫高壓和塑性變形會加強這種作用強度小的金屬容易失去金屬粘到強大的金屬上又基于高溫是粘貼的有利條件故金屬?？偸侨菀踪N到導熱性差的金屬上模具材料與沖裁材料相比總是強大而導熱性低故總是強度小的沖裁材料貼在模具上 粘貼后是材料與模具間的摩擦變成了材料與材料之間的摩擦大大提高了摩擦力和摩擦熱更加劇了粘貼并惡化了沖裁質量基于第二個理由拋光的凸模不如車削的凸模車削的凸模表面其脫料力比拋光的凸

50、模表面低壽命比拋光的長故沖裁工作面并不是愈光潔愈好尤其是在容易粘貼的情況下如此對于細凸模由于熱容量小在沖裁中溫度迅速升高粘貼后脫料力大大增加凸模會被脫料力拉斷凹模由于質量大散熱容易切潤滑劑匯集溫度升高不顯著故粘貼現(xiàn)象較小為了避免同類材料之間的吸附作用沖裁鋼材使對凸凹模鍍鉻是一個減輕粘貼的方法沖裁對潤滑劑的要求降溫比潤滑本身的作用更重要用機油反而會提高脫料力而切削用的冷卻劑可是脫料力降低15-60減輕粘貼現(xiàn)象提高模具壽命也可以用水和一般潤滑油比為201的稀釋潤滑劑進行沖裁這樣存留在沖裁件上的殘跡不顯著也便于清除第三章 模具設計計算31基本尺寸計算com寸 所用毛坯尺寸410mm580mmcom料

51、利用率 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料的利用率它是衡量合理利用材料的重要指標 材料利用率沖裁面積毛胚面積 0105mm20238mm2 44132沖壓力的計算com的計算 用平刃沖裁時其沖裁力F一般按下式計算 F KLtb 沖壓工藝學2-10 式中F沖裁力 L沖裁周邊長度 t材料厚度 b材料抗剪強度 K系數(shù)系數(shù)是考慮到實際生產中模具間隙值的波動和不均勻刃口磨損板料力學性能和厚度波動等原因的影響而給出修正系數(shù)一般取 13 查表取b 320Mpa且t 20mm用CATIA軟件測算 見圖3-1 修邊周長L1 1188773mm沖孔周長總和L2 697mm圖3-1 修邊周長尺寸 所以 F

52、 KLtb 13 1188773697 32020 732892KNcom頂件力卸料力的計算 推件力 F1 n K1F 頂件力 F2 K2F 卸料力 F3 K3F F沖裁力 n梗塞在凹模內的制件或廢料數(shù)量 n ht h直刃口部分的高 mm t材料厚度 mm K1 K2 K3推件力頂件力卸料力系數(shù)查沖壓手冊得K1 0055 K2 006 K3 005代入上述三個公式得F1 n K1F 40309KN F2 K2F 43974KN F3 K3F 36645KN 采用彈性卸料裝置和上出件方式 所以總沖壓力F0 FF2F3 813511KN 根據(jù)沖壓力計算結果擬選壓力機規(guī)格為機械壓力機公稱壓力1600KN33模具壓力中心的確定 模具壓力中心是指沖壓時諸沖壓力合力的作用點位置為了確保壓力機和模具正常工作應使模具的壓力中心與壓力機滑塊的中心相重合否則會使沖模和力機滑塊產生偏心載荷使滑塊和導軌之間產生