561 大學生方程式賽車設(shè)計（模具及卡具設(shè)計）（有cad圖+三維圖）

561 大學生方程式賽車設(shè)計（模具及卡具設(shè)計）（有cad圖+三維圖）,561,大學生方程式賽車設(shè)計（模具及卡具設(shè)計）（有cad圖+三維圖）,大學生,方程式賽車,設(shè)計,模具,卡具,cad,三維 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題目 大學生方程式賽車設(shè)計（模具及卡具設(shè)計） 2013年 5月 30日 方程式賽車模具及卡具設(shè)計 摘 要 本文依據(jù)大學生方程式汽車大賽FSAE賽事技術(shù)規(guī)則對大學生方程式賽車整體車架、懸架進行了模具及卡具設(shè)計。在卡具設(shè)計當中不僅需要考慮賽車車架各桿件是否定位完全以及夾緊可靠，同時必須考慮支撐桿件的強度和剛度能否滿足要求，最終還必須考慮焊接空間是否與支撐桿干涉。在模具設(shè)計當中不僅要考慮凸、凹模的加工精度以及沖壓機的選擇，同時還必須考慮凸、凹模的強度和剛度。本文在完全滿足上述要求的前提下對模具及卡具進行了設(shè)計。 在模具及卡具設(shè)計之初，將方程式汽車大賽的有關(guān)規(guī)定和評分標準，作為后續(xù)模具及卡具設(shè)計的技術(shù)規(guī)范要求；為了達到卡具設(shè)計合理性的目的，本設(shè)計參考了湖南大學、天津大學以及部分國外大學的賽車模具及卡具。進入設(shè)計階段，本設(shè)計通過分析比較幾種模具及卡具的結(jié)構(gòu)形式，決定選擇定位與夾緊一體化的卡具設(shè)計，采用壓彎模制得對強度要求較高的主環(huán)。然后依據(jù)技術(shù)規(guī)范、車架的最終尺寸確定了卡具及模具的結(jié)構(gòu)形式和具體尺寸，并在UG7.0中建立車架卡具的模型。再對模具及卡具進行受力分析，使各桿件能合理的定位、夾緊，使主環(huán)能滿足強度和精度的要求，直至模具及卡具結(jié)構(gòu)滿足各個方面的要求。 關(guān)鍵詞：FSAE，模具，卡具，建模，工藝分析 I FORMULE SAE—A MOLD AND FIXTURE DESIGN ABSTRACT Based on equation FSAE car competition event technical regulations of university students for the college students formula overall frame, suspension for the mould and fixture design. In fixture design not only need to consider whether or not the car frame each bar of positioning and clamping completely reliable, at the same time must consider the strength of the support bar and stiffness can meet the requirements, the final must also consider whether the welding space interference with the support bar. During mold design should not only consider the machining precision of the convex, concave die and punch, also must consider the intensity of the convex, concave die and stiffness. In this paper, on the premise of fully meet the above requirements on the mould and fixture design. At the beginning of the mould and fixture design, the formula car contest regulations and criteria, as the follow-up mold and fixture design of the technical specification requirements; In order to achieve the purpose of fixture design rationality, the design reference of Hunan university, Tianjin university and some of the foreign car mold and fixture. Entered the stage of design, this design through the comparative analysis several kinds of mould and the structure of fixture, decided to choose integration of positioning and clamping fixture design, USES the bending molding of strength to demand higher main ring. Then according to specification, to obtain the final size of the frame the structure of the mould and fixture and the specific size, and set up in the UG7.0 frame models of the fixture. Stress analysis was carried out on the mold and fixture, make each bar can reasonable positioning, clamping, the main ring can meet the accuracy requirement of the strength and, until the mold and fixture structure meet the requirements of all aspects. Key words: FSAE, mould, fixture, modeling, process analysis 目 錄 第一章 緒 論 1 §1.1 賽事簡介 1 §1.2 大賽性質(zhì) 2 §1.3 大賽理念 2 §1.4 愿景與使命 2 §1.5 組織結(jié)構(gòu) 3 第二章 焊接卡具的設(shè)計 4 §2.1 焊接的主要類型 4 §2.1.1 點焊 4 §2.1.2 凸焊 4 §2.1.3 釬焊 5 §2.1.4 二氧化碳焊 5 §2.2 車用焊接卡具分析 5 §2.3 焊接夾具的分類 6 §2.3.1 無驅(qū)動夾具 6 §2.3.2 氣動夾具和手動夾具 6 §2.4 焊接夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 §2.5 六點定位原則在車身焊裝夾具上的應用?? 7 §2.6 焊裝夾具設(shè)計原則 8 §2.7 焊裝夾具的基本要求 8 §2.8 工藝分析 9 §2.8.1 車架的分析 9 §2.8.2 基準的選擇 9 §2.8.3 制定工藝路線 10 §2.9 定位、夾緊元件的選擇 11 §2.9.1 定位元件及定位方式的選擇 11 §2.9.2 工件的夾緊及對夾緊裝置的要求 13 §2.9.3 定位誤差的分析與計算 13 §2.10 工件的夾緊 14 §2.10.1 夾緊裝置的設(shè)計原則 15 §2.10.2 夾緊力確定的基本原則 16 §2.10.3 減小夾緊變形的措施 18 第三章 模具的設(shè)計 20 §3.1 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 20 §3.1.1 國內(nèi)模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 20 §3.1.2 模具CAD/CAE/CAM技術(shù) 22 §3.2 零件工藝性分析 23 §3.2.1 材料選擇 23 §3.2.2 結(jié)構(gòu)分析 23 §3.2.3 工藝分析 24 §3.3 U形件彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計 25 §3.3.1 模具的整體結(jié)構(gòu) 25 §3.3.2 凸、凹模的結(jié)構(gòu)和固定形式 25 §3.4 模具零件的設(shè)計與計算 26 §3.4.1 凸、凹模的間隙 26 §3.4.2 彎曲力計算 27 §3.4.3 凸模長度的確定 28 §3.4.4 凹模尺寸的確定 28 §3.5 沖壓設(shè)備的選用 29 §3.5.1 沖壓設(shè)備主要技術(shù)參數(shù) 29 §3.5.2 沖壓力的計算 31 §3.5.3 選擇壓力機 31 §3.6 模具強度和剛度的計算 32 第四章 結(jié) 論 35 參考文獻 36 致 謝 38 V 第一章 緒 論 §1.1 賽事簡介 Formula SAE 賽事由美國汽車工程師協(xié)會（the Society of Automotive Engineers 簡稱SAE）主辦。SAE 是一個擁有超過60000 名會員的世界性的工程協(xié)會，致力與海、陸、空各類交通工具的發(fā)展進步。 Formula SAE 是一項面對美國汽車工程師學會學生會員組隊參與的國際賽事，于1980年在美國舉辦了第一屆賽事。比賽的目的是設(shè)計、制造一輛小型的高性能賽車。目前美國、歐洲和澳大利亞每年都會定期舉辦該項賽事。比賽由三個主要部分組成：工程設(shè)計、成本以及靜態(tài)評比；多項單獨的性能試驗；高性能耐久性測試。 Formula SAE 發(fā)展的初衷是想創(chuàng)立一個小型的道路賽車比賽，而現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個擁有大約20個競賽因素的大型比賽，參與者包括賽車和車隊。Formula SAE 向年輕的工程師們提供了一個參與有意義的綜合項目的機會。由參與的學生負責管理整個項目，包括時間節(jié)點的安排，做預算以及成本控制、設(shè)計、采購設(shè)備、材料、部件以及制造和測試。Formula SAE 為在傳統(tǒng)教室學習中的學生提供了一個現(xiàn)實的工程經(jīng)歷。Formula SAE 隊員在這個過程中將會經(jīng)受考驗，面對挑戰(zhàn)，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和實踐能力。目前美國、歐洲和澳大利亞每年都會定期舉辦該項賽事。比賽由三個主要部分組成：工程設(shè)計、成本以及靜態(tài)評比；多項單獨的性能試驗；高性能耐久性測試。為了達到比賽的目的、學生可以把自己假想設(shè)計人員。某一制造公司聘請他們?yōu)槠湓O(shè)計、制造和論證一輛用來評估該公司某一量產(chǎn)項目的原型車。預期的銷售市場是周末業(yè)余汽車比賽。因此，該車必須在加速，制動和操控性能方面表現(xiàn)出色。該車必須成本低廉、易于維修、可靠性好。 中國大學生方程式汽車大賽（簡稱“中國FSAE”）是一項由高等院校汽車工程或汽車相關(guān)專業(yè)在校學生組隊參加的汽車設(shè)計與制造比賽。各參賽車隊按照賽事規(guī)則和賽車制造標準，在一年的時間內(nèi)自行設(shè)計和制造出一輛在加速、制動、操控性等方面具有優(yōu)異表現(xiàn)的小型單人座休閑賽車，能夠成功完成全部或部分賽事環(huán)節(jié)的比賽。 2010年第一屆中國FSAE由中國汽車工程學會、中國二十所大學汽車院系、國內(nèi)領(lǐng)先的汽車傳媒集團——易車（BITAUTO）聯(lián)合發(fā)起舉辦。中國FSAE秉持“中國創(chuàng)造擎動未來”的遠大理想，立足于中國汽車工程教育和汽車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實基礎(chǔ)，吸收借鑒其他國家FSAE賽事的成功經(jīng)驗，打造一個新型的培養(yǎng)中國未來汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導者和工程師的交流盛會，并成為與國際青年汽車工程師交流的平臺。中國FSAE致力于為國內(nèi)優(yōu)秀汽車人才的培養(yǎng)和選拔搭建公共平臺，通過全方位考核，提高學生們的設(shè)計、制造、成本控制、商業(yè)營銷、溝通與協(xié)調(diào)等五方面的綜合能力，全面提升汽車專業(yè)學生的綜合素質(zhì)，為中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行長期的人才積蓄，促進中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進。 §1.2 大賽性質(zhì) 非盈利的社會公益性事業(yè)。 §1.3 大賽理念 中國創(chuàng)造擎動未來 倡導自主創(chuàng)新，培育及選拔汽車產(chǎn)業(yè)人才，促進中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)型,推動中國汽車工業(yè)由民族品牌向世界品牌的跨越。 §1.4 愿景與使命 促進中國汽車產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)與科技進步，提高中國汽車產(chǎn)業(yè)“引進—消化—吸收—再創(chuàng)新”和“自主創(chuàng)新”的能力，加快中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)型，推動民族品牌向世界品牌的跨越。 完善汽車人才培育機制，為中國汽車工業(yè)從“制造大國”向“產(chǎn)業(yè)強國”的戰(zhàn)略方向邁進奠定人才基礎(chǔ)。積極探索有效利用社會資源培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的素質(zhì)教育新體系。 搭建自主創(chuàng)新技術(shù)的國際交流舞臺，幫助中國汽車產(chǎn)業(yè)的未來人才從世界汽車技術(shù)的革新潮流中不斷獲取新的啟迪，以國際化的視野捕捉行業(yè)動態(tài)，豐富知識儲備，積極參與國際汽車技術(shù)標準的更新與提升。 深化中國汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新的主流意識，強化中國汽車廠家在汽車人才培養(yǎng)、技術(shù)研發(fā)等方面的企業(yè)社會責任感，幫助眾多汽車自主品牌積極探索自身廣闊的發(fā)展空間。 §1.5 組織結(jié)構(gòu) 主辦單位：中國汽車工程學會（SAE-CHINA） 承辦單位： 易車集團、中國汽車工程學會教育分會、機械工業(yè)教育協(xié)會車輛工程分委會 中國汽車工程學會教育分會 機械工業(yè)教育協(xié)會車輛工程分委會 大賽執(zhí)委會秘書處：設(shè)在易車集團 規(guī)則委員會：設(shè)在同濟大學（上海） 裁判委員會：設(shè)在中國第一汽車集團公司（長春） 宣傳推廣與獎項委員會：設(shè)在中國經(jīng)營報社（北京） 現(xiàn)場運營委員會：設(shè)在易車集團（北京） 第二章 焊接卡具的設(shè)計 §2.1 焊接的主要類型 §2.1.1 點焊 點焊是將板件已有的搭接接頭夾置于兩點級之間，同時壓緊、通電，利用電阻熱能熔化板材，故焊點的形成過程是熱-機械聯(lián)合作用的焊接過程。優(yōu)點： 1、與熔焊方法相比，點焊是在壓力作用下通過內(nèi)部電阻熱加熱金屬而形成焊點，其冶金過程簡單，且加熱集中，熱影響區(qū)域小，易于獲得品質(zhì)優(yōu)良的焊接接頭。 2、與鉚接相比,不需其他金屬，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，這對有著較高行駛速度的乘用車十分重要，可以達到輕量化節(jié)省能源的要求。 3、焊接過程中不產(chǎn)生弧光、有害氣體及噪聲，工人勞動條件好。 4、點焊過程因機械化、自動化程度高，可提高生產(chǎn)效率，減輕操作者的勞動強度。適合于自動化程度高的生產(chǎn)線。 §2.1.2 凸焊 凸焊與點焊相比，其不同點是預先在板件上加工凸點，或利用焊件上能使電流集中的塑面、型面等作為焊接時的相互接觸部位。焊接靠凸點接觸，提高了單位面積上的壓力與電流密度，有利于將板面表面氧化膜壓破，使熱量集中，減少分流，減小了點焊的中心距，一次可進行多點凸焊，提髙了生產(chǎn)率，并減小了接頭的翹曲變,凸焊與點焊相比還具有以了優(yōu)點： 1、在一個焊接循環(huán)內(nèi)可同時焊接多個焊點。不僅生產(chǎn)率髙，而且沒有分流影響。因此可在窄小的部位上布置焊點而不受點距的限制。 2、由于電流密度集于凸點，電流密度大，故可用較小的電流焊接，并能可靠地形成較小的熔核。在點焊時要對應于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困難的。 3、凸點的位置準確、尺寸—致，各點的強度比較均勻，因此對于給定的強度、凸 4、由于采用大平面電極，且凸點設(shè)置在一個工件上，所以可最大限度地減輕另一工件外露表面上的壓痕。同時大平面電極的的電流密度小、散熱好，電極的磨損要比點焊小得多，因而大大降低了電極的保養(yǎng)和維修費用。 5、與點焊相比，工件表面的油、銹、氧化皮、鍍層和其他涂層對凸焊的影響較小，但干凈的表面仍能獲得較穩(wěn)定的質(zhì)量。 §2.1.3 釬焊 釬焊是利用某些熔點低于被連接材料熔點的金屬做連接的媒介物，經(jīng)加熱溶化后在連接界面上產(chǎn)生流動潤濕作用，待釬料冷卻結(jié)晶后與被連接金屬形成結(jié)合面。對有密封要求的兩塊板件之間的隙縫，一般應用釬焊進行處理。 §2.1.4 二氧化碳焊 二氧化碳氣體保護焊之所以廣泛應用于汽車制造，是因其以下特點： 1、焊接成本低。二氧化碳氣體容易制取，價格低，焊接耗電量小。 2、生產(chǎn)效率高。其電弧的穿透力強，熔深大，而且焊絲的熔化系數(shù)高，所以熔化速度快。 3、使用范圍。：不論何種位置都可進行焊接。 4、抗銹能力比其他焊接方法強。焊縫含氫量低，抗裂性好。 5、因為是明弧，便于觀察和控制焊接過程，有利于實現(xiàn)焊接過程的機械化和自動化，焊后不需清渣。 由于車架是單件生產(chǎn)，而且車架是由管件連接而成的，考慮到成本和可行性，最終選擇二氧化碳焊。 §2.2 車用焊接卡具分析 焊接工裝夾具就是將焊件準確定位和可靠夾緊，便于焊件進行裝配和焊接、保證焊件結(jié)構(gòu)精度方面要求的工藝裝備。在現(xiàn)代焊接生產(chǎn)中積極推廣和使用與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相適應的工裝夾具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人的勞動強度，加速焊接生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化進程等方面起著非常重要的作用。 裝配和焊接夾具在汽車車身裝配和焊接生產(chǎn)線生產(chǎn)制造優(yōu)質(zhì)的汽車設(shè)備息息相關(guān)。焊裝夾具，是焊接工藝的重要組成部分，裝配和焊接夾具除了是完成這個過程中零部件裝配的途徑和定位，同時在生產(chǎn)線上也作為一個測試和校準程序，完成檢測焊接配件和焊接質(zhì)量的任務(wù)。因此焊裝夾具的設(shè)計和制造，直接影響焊接過程中賽車的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。賽車焊裝夾具是保證其制造質(zhì)量，縮短制造周期的重要手段。因此，正確理解焊裝夾具的設(shè)計要點，改善和提高焊裝夾具的設(shè)計手段和設(shè)計水平，并提高夾具的調(diào)整和驗證水平等三方面都是必不可少的。它在焊接過程中確保車身形狀、尺寸、精度符合賽車圖樣技術(shù)要求起到關(guān)鍵因素。由于賽車零件多為薄板彈性體或管體狀，易變形，在焊接過程中常用工件型面過定位的方式對它設(shè)置定位夾緊點以增加其剛性。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車焊接夾具的研究成為一個熱點，尤其是在基于知識的設(shè)計以及智能化設(shè)計領(lǐng)域.方面汽車焊接夾具的設(shè)計生產(chǎn)所需的時間是汽車生產(chǎn)周期的重要組成部因此對于提髙汽車焊接卡具設(shè)計效率和質(zhì)量的究具有非常重要的應用價值；另一方面汽車白車身模塊化設(shè)計，焊接件形狀、結(jié)構(gòu)復雜的特點決定了汽車#具的模塊化，靈活性多樣性和復雜性。 §2.3 焊接夾具的分類 §2.3.1 無驅(qū)動夾具 單獨定位的夾具是指只有定位元件（定位銷或定位塊），且不需要有打開裝置（如手動夾緊裝置、夾緊氣缸）的夾具單賽‘。這類夾具又包括：定位銷定位夾具、定位塊定位夾具以及定位銷定位塊混合夾緊裝置。 1、 定位銷定位夾具可分為一個定位銷定位、兩個定位銷定位兩種形式，其特點是僅有定位銷做定位元件并且是固定銷的夾具單元。 2、 定位塊定位夾具可分為一個定位面和兩個定位面兩種形式，其特點是僅有定位塊作定位元件的夾具單元。 3、 定位銷定位塊混合定位夾具指定位件為以上兩種類型組合的情況。 圖2.1定位塊和定位銷 §2.3.2 氣動夾具和手動夾具 手動夾具是指靠人力推動夾緊機構(gòu)來壓緊工件，所用的夾緊器一般為四連桿的自鎖機構(gòu)。氣動夾具是指利用壓縮空氣作動力，通過氣缸推動夾緊機構(gòu)來夾緊工件。手動夾具和氣動夾具在結(jié)構(gòu)分類上是相似的：單方向夾具是指夾具單元中的打開裝置都沿著一個方向打開以便接放焊接件；兩方向夾具 是指夾具單元中的旋轉(zhuǎn)臂沿兩個方向打開，在這類夾具單元中至少包含兩個動力驅(qū)動裝置。 §2.4 焊接夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 焊接夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要保證夾具有良好的操作方便性、裝夾的可靠性、定位的準確性。焊裝夾具的制造商也很容易調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)各部分的表面有足夠的空間用于調(diào)整，保證可以立體調(diào)整，在確保焊裝夾具質(zhì)量準確性的前提下，焊裝夾具應該盡可能的簡單。通常夾具上全部元件的位置都是根據(jù)設(shè)計基準確定的，保證制造出合格的焊接工裝機構(gòu)，根據(jù)工作高度可初步確定夾具底板的髙度，就是夾具固定位置的高度。焊接夾具設(shè)計要考慮夾緊方式，，手動和氣動兩種，手動夾緊一般是用于小件、外協(xié)件、小批量工件焊接，對于大型車體部件、規(guī)劃與生產(chǎn)線內(nèi)的、自動化程度較高的焊接夾具選用氣動夾緊，汽車生產(chǎn)一般用氣動夾緊，手工夾緊可用作輔助夾緊，這樣可以減低成本，部分手動夾緊產(chǎn)品已擁有標準的型號和數(shù)量，需要時到市場上購買。對于某些裝置，規(guī)定采用氣動夾緊，但是如果直接采用氣動夾緊，可能會損壞工件可以先由人工按位置來提供一種氣動夾緊力來加緊工件，這是手動氣動聯(lián)合。該夾具夾緊系統(tǒng)是安裝在大平臺上所有固定在保證焊接條件應符合設(shè)計尺寸的工件坐標系定位夾具，這牽涉到基準。 焊裝夾具中的定位元件與夾緊元件分工明確，定位元件提供相應的裝配基準與被定位的零件的定位面相匹配。元件的設(shè)置僅僅提供了可靠定位的必須條件，而被定位的零件能否真正的可靠定位，往往要有夾緊元件的有力配合。 §2.5 六點定位原則在車身焊裝夾具上的應用?? 在設(shè)計車身焊裝夾具時，常有兩種誤解，一是認為6點定位則對薄板焊裝夾具不適用；二是看到薄板焊裝夾具上有過定位現(xiàn)象，產(chǎn)生這種誤解的原因是把限制6個方向運動的自由度理解為限制6個方向的自由度，焊接夾具設(shè)計的宗旨是限制6個方向運動的自由度，這種限制不僅依靠夾具的定位夾緊裝置，而且依靠制件之間的相互制約關(guān)系。只有正確認識了薄板沖壓件焊裝生產(chǎn)的特點，同時又正確理解了6點定則，才能正確應用這個原則。?? 從定位原則看，支撐對薄板來說是必不可少的，可消除由于工件受夾緊力作用而引起的變形。過定位使接觸點不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時只要認真修磨支撐面，其過定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內(nèi)的。?? §2.6 焊裝夾具設(shè)計原則 1、焊裝夾具必須保正焊件焊后獲得正確的幾何形狀和尺寸。在裝配時，夾具必須使被裝配的元件獲得正確的位置，并且在焊接時能阻止焊件產(chǎn)生變形。 2、焊裝夾具應動作迅速，操作方便。操作位置要處于工人容易接近，最宜操作的部位。 3、焊裝夾具的設(shè)置應容易施工，有足夠的裝配焊接空間，不能影響間接操作與焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有的定位元件與夾緊機構(gòu)應與焊點保持合適的距離，或布置在焊件的下方或后側(cè)。夾緊機構(gòu)的執(zhí)行元件應能夠轉(zhuǎn)為。 4、夾緊可靠，剛性適當。夾緊時不破壞焊件的定位位置和幾何形狀，以及焊件的表面質(zhì)量。夾緊力適當，使夾緊后即不使焊件松動滑移，又不使焊件的拘束過大而產(chǎn)生較大的應力。 5、為了保證使用安全，設(shè)置必要的安全互鎖裝置。 6、在同一個夾具上，定位元件和夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，并且盡量只選用一種動力源。 7、焊裝夾具本身應具有較好的制造工藝性和較高的機械效率，盡量使制作時投資少成本低。 8、盡量選用通用化、標準化的夾緊機構(gòu)及標準零部件來設(shè)計制造焊裝夾具。 §2.7 焊裝夾具的基本要求 工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。夾具在生產(chǎn)中投入使用時要承受多種力度的作用，所以工裝夾具應具備足夠的強度和剛度。 夾緊的可靠性。夾緊時不能破壞工件的定位位置和保證產(chǎn)品形狀、尺寸符合圖樣要求。既不能允許工件松動滑移，又不使工件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的拘束應力。 焊接操作的靈活性。使用夾具生產(chǎn)應保證足夠的裝焊空間，使操作人員有良好的視野和操作環(huán)境，使焊接生產(chǎn)的全過程處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 便于焊件的裝卸。操作時應考慮制品在裝配定位焊或焊接后能順利的從夾具中取出，還要制品在翻轉(zhuǎn)或吊運使不受損害。 良好的工藝性。所設(shè)計的夾具應便于制造、安裝和操作，便于檢驗、維修和更換易損零件。設(shè)計時還要考慮車間現(xiàn)有的夾緊動力源、吊裝能力及安裝場地等因素，降低夾具制造成本。 §2.8 工藝分析 §2.8.1 車架的分析 車架是由鋼管焊接而成的空間結(jié)構(gòu)，選用的是4130鋼。車架主要有前環(huán)、支撐環(huán)、主環(huán)等組成，并由鋼管焊接而成。 圖2-2車架示意圖 §2.8.2 基準的選擇 基面的選擇是：工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提髙。否則，加工工藝過程中會問題百出；更有甚者造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。選擇車架最底部的兩根鋼管所決定的平面為基準。由上圖可以看出車架的結(jié)構(gòu)比較復雜此選擇最低平面為基準比較合理。車架最低端的四根鋼管構(gòu)成一個四邊形結(jié)構(gòu)，用四個V形塊對其四邊進行定位。由于車架的剛性小,所以四個V形塊過定位可以滿足要求。 §2.8.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度、及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已定為單件生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用普通工作臺配以專用焊接卡具，同時還要考慮充分利用工件裝配的相互依賴關(guān)系作為自然的定位支撐來提髙車架焊接質(zhì)量。除此外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。經(jīng)過研究制定以下工藝方案。 一、工藝路線方案一 （1） 將車架主體部分各桿件定位夾緊； （2） 焊接車架底部各桿件； （3） 焊接前隔板各桿件； （4） 焊接支撐環(huán)總成與車架底部桿件連接處； （5） 焊接前環(huán)與車架底部桿件連接處； （6） 焊接主環(huán)總成及其與車架底部桿件連接處； （7） 焊接后懸架安裝桿前支撐左、右桿與車架底部桿件連接處； （8） 焊接后懸架安裝桿后支撐左、右桿及尾部水平上桿； （9） 焊接前隔板支撐左右桿及前隔板斜撐左右桿； （10） 焊接前懸架左、右叉臂上安裝桿及前環(huán)斜撐左、右桿； （11） 焊接上部側(cè)邊防撞左、右桿及對角側(cè)邊防撞左、右桿； （12） 焊接發(fā)動機安裝區(qū)上部左、右桿； （13） 焊接后懸架左、右叉臂上安裝桿； （14） 焊接主環(huán)斜撐左、右桿； （15） 將車架主體部分夾具卸下； （16） 將懸架部分裝配到車架上，并將車架及懸架定位、夾緊； （17） 焊接發(fā)動機安裝桿； （18） 焊接方向盤安裝桿和安裝環(huán)； （19） 焊接前后懸架安裝塊； （20） 焊接前后懸架叉臂。 二、工藝路線方案二 （1） 將車架主體部分各桿件定位夾緊； （2） 焊接主環(huán)總成； （3） 焊接前支撐環(huán)總成； （4） 焊接前隔板各桿件； （5） 焊接后懸架安裝桿前支撐左、右桿與車架底部桿件連接處； （6） 焊接后懸架安裝桿后支撐左、右桿及尾部水平上桿； （7） 焊接車架底部各桿件及與其相連的桿件； （8） 焊接前隔板支撐左右桿及前隔板斜撐左右桿； （9） 焊接前懸架左、右叉臂上安裝桿及前環(huán)斜撐左、右桿； （10） 焊接上部側(cè)邊防撞左、右桿及對角側(cè)邊防撞左、右桿； （11） 焊接發(fā)動機安裝區(qū)上部左、右桿； （12） 焊接后懸架左、右叉臂上安裝桿； （13） 焊接主環(huán)斜撐左、右桿； （14） 將車架主體部分夾具卸下； （15） 將懸架部分裝配到車架上，并將車架及懸架定位、夾緊； （16） 焊接發(fā)動機安裝桿； （17） 焊接方向盤安裝桿和安裝環(huán)； （18） 焊接前后懸架安裝塊； （19） 焊接前后懸架叉臂。 三、工藝方案的比較分析 兩種工藝方案的區(qū)別在于焊接基體的焊接順序上，方案一先焊接底部、上部側(cè)邊防撞桿左右桿,這樣就可以確定前環(huán)相對于底部側(cè)邊防撞桿的角度，而方案二的焊接順序不能確定,這樣就不可以正確的保證駕駛艙的空間大小，所以方案一優(yōu)于方案二，選擇方案一。 §2.9 定位、夾緊元件的選擇 §2.9.1 定位元件及定位方式的選擇 圖2-3 懸架卡具 圖2-4車架卡具 定位元件的作用是要使工件在夾具中具有準確和確定不變的位置，在保證加工要求的情況下，限制足夠的自由度。 自由物體在空間直角坐標系中有六個自由度，即沿三個坐標軸方向的移動和繞三個坐標軸方向的轉(zhuǎn)動。要使工件在某個方向具有準確和確定的位置，則必須限制該方向的自由度。工件的六個自由度均被限制的定位叫做完全定位；工件被限制的自由度少―個，但仍然能保證加工要求的定位叫不完全定位。在焊接生產(chǎn)中，為了調(diào)整和控制不可避免產(chǎn)生的焊接應力和變形，有些自由度是不必要限制的，故可采用不完全定位的方法。在焊接夾具設(shè)計中，按加工要求應限制的自由度而沒有被限制的欠定位是不允許的；而選用兩個或更多的支撐點限制—個自由度的方法稱為過定位，過定位容易位置變動，夾緊時造成工件或定位元件的變形，影響工件的定位精度，過定位也屬于不合理設(shè)計。雖然過定位使接觸點不穩(wěn)定，產(chǎn)生裝配位置上的干涉，但在調(diào)整夾具時只要認真修磨支撐面，其過定位引起的不良后果是可以控制在允許范圍內(nèi)的。?? 1、以工件的平面為基準進行定位時，常采用擋鐵、支撐釘進行定位。 2、工件以圓孔內(nèi)表面為基準進行定位對常采用銷定位器； 3、工件以圓柱外表面為基準進行定位時常采用V形塊定位器。 4、利用已定位工件的輪廓對被定位工件進行定位，可采用樣板定位器。 經(jīng)分析，焊件基體采用V形塊定位，一個V形塊可以限制圓柱面零件4個自由度，四邊定位塊定位方式屬于過定位，但是由于車架的剛度小，所以采用過定位進行定位。 §2.9.2 工件的夾緊及對夾緊裝置的要求 夾緊機構(gòu)的三要素是夾緊力方向的確定、夾緊力作用點的確定、夾緊力大小的確定。 對夾緊機構(gòu)的基本要求如下； 1、夾緊作用準確，處于夾緊狀態(tài)時應能保持自鎖，保證夾緊定位的安全可靠。 2、夾緊動作迅速，操作方便省力，夾緊時不虛損害零件表面質(zhì)量。 3、夾緊件應具備一定的剛性和強度，夾緊作用力應是可調(diào)節(jié)的。 4、結(jié)構(gòu)力求簡單，便于制造和維修。 §2.9.3 定位誤差的分析與計算 六點定位原則解決了消除工件自由度的問題，即解決了工件在夾具中位置“定于不定”的問題。但是，由于一批工件逐個在夾具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，即出現(xiàn)工件位置定得“準與不準”的問題。如果工件在夾具中所占據(jù)的位置不準確，加工后各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種只與工件定位有關(guān)的誤差稱為定位誤差，用Δd表示。 加工尺寸的基準是外圓柱面的母線時，定位基準是工件圓柱孔的中心線。這種由于工序基準與定位基準不重合所導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差，用表Δb表示。此時除定位基準位移誤差外，還有基準不重合誤差。 綜上所述可知：定位誤差產(chǎn)生的原因是，定位基準與限位基準不重合及定位基準與工序基準不重合而產(chǎn)生的誤差。 V形塊定心定位，若不計V形塊制造誤差，僅有工件基準面的圓度誤差時,工件的定位中心會發(fā)生偏移即O1O2=T1－T2，產(chǎn)生基準位移誤差。即： ΔY=O1O2=T1－T2 (2-1) 故：對于90°V形塊ΔY=0.707Δd。 定位誤差是兩誤差的合成即：ΔD=ΔB+ΔY 在圓柱間隙配合定位和V形塊中心定位中，當基準不重合誤差和位移誤差都存在時，定位誤差的合成需判斷“＋”“－”號。 V形塊中：ΔB=Δd/2 當ΔB與ΔY的變動方向相同時： ΔD=ΔB+ΔY=Δd/2+ΔY （2-2） 當ΔB與ΔY的變動方向相反時： ΔD=ΔB－ΔY=Δd/2－ΔY5 （2-3） §2.10 工件的夾緊 在車架焊接過程中，工件會受到力的作用。為了保證在這些外力作用下，工件仍能在夾具中保持已由定位元件所確定的加工位置，不致發(fā)生振動和位移,在夾具結(jié)構(gòu)中必須設(shè)置一定的夾緊裝置將工件可靠地夾牢。工件定位后，將工件固定并使其在加工過程中保持定位位置不變的裝置，稱為夾緊裝置。 焊接車架，由于是單件生產(chǎn)，經(jīng)過分析決定采用圖2-5中所示的定位夾緊方案。 圖2-5定位夾緊裝置 該卡具的特點是將定位元件和夾緊裝置結(jié)合，桿件定位之后，用螺栓將夾板擰緊在桿件上。這樣做的好處是： 1、將夾緊裝置簡化，節(jié)約了不少成本； 2、由于減少了用來固定夾具的桿件，為卡具布置節(jié)省了空間，同時也為焊接工作省下了足夠的空間。 §2.10.1 夾緊裝置的設(shè)計原則 在夾緊工件的過程中，夾緊作用的效果會直接影響工件的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計夾緊裝置應遵循以下原則： 一、工件不移動原則 夾緊過程中，應不改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 二、工件不變形原則 夾緊力的大小要適當，既要保證夾緊可靠，又應使工件在夾緊力的作用下不致產(chǎn)生加工精度所不允許的變形。 三、工件不振動原則 對剛性較差的工件，或者進行斷續(xù)切削，以及不宜采用氣缸直接壓緊的情況，應提高支撐元件和夾緊元件的剛性，并使夾緊部位靠近加工表面，以避免工件和夾緊系統(tǒng)的振動。 四、安全可靠原則 夾緊傳力機構(gòu)應有足夠的夾緊行程，手動夾緊要有自鎖性能，以保證夾緊可靠。 五、經(jīng)濟實用原則 夾緊裝置的自動化和復雜程度應與生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應，在保證生產(chǎn)效率的前提下，其結(jié)構(gòu).求簡單，便于制造、維修，工藝性能好;操作方便、省力，使用性能好。 §2.10.2 夾緊力確定的基本原則 設(shè)計夾緊裝置時，夾緊力的確定包括夾緊力的方向、作用點和大小三個、要素。 一、夾緊力的方向 夾緊力的方向是與工件定位基準所處的位置，以及工件所受外力的作用方向等有關(guān)。選擇時應該遵守以下原則： 力的方向應垂直于工件的主要定位基面，以保證加工精度。夾緊力的方向應有利于減小夾緊力，以減小工件的變形、減輕勞動強度。 力的方向應是工件剛性較好的方向。由于工件在不同方向上剛度是不等的。不同的受力表面也因其接觸面積大小而變形各異。尤其在夾壓薄壁零件時，更需注意使夾緊力的方向指向工件剛性最好的方向。 二、夾緊力的作用點的確定 壓夾器的夾緊力方向必須仔細選擇，一般應垂直于主要定位基面，這樣它與定位器接觸最好也最穩(wěn)定，可減少接觸點的單位面積壓力，又有利于減少因夾緊所產(chǎn)生的變形。 夾緊力作用點是指夾緊件與工件接觸的一小塊面積。選擇作用點的問題是指在夾緊力方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數(shù)目。夾緊力作用點的選擇是達到最佳夾緊狀態(tài)的首要因素。合理選擇夾緊力作用點必須遵守以下準則： 夾緊力應落在支承元件上或幾個支承元件所形成的支承平面內(nèi)。如夾緊力作用在支撐面范圍之外，會使工件傾斜或移動。 夾緊力應落在工件剛性較好的部位上，這對剛性差的工件尤為重要，如將作用點由中間的單點改成兩旁的兩點夾緊，可使變形量大為減小，并且夾緊更加可靠。 力的作用點應盡量靠近加工表面，以防止工件產(chǎn)生振動和變形，提高定位的穩(wěn)定性和可靠性。 三、夾緊力的大小的確定 夾緊力的大小，對工件裝夾的可靠性，工件和夾具的變形，夾緊裝置的復雜程度等都有著很大的影響。因此，在夾緊力的作用點和方向確定之后，還要確定恰當?shù)膴A緊力大小。 夾緊力大小的確定，是一個復雜而現(xiàn)實的問題，目前常采用下列兩種方法： 1、平衡計算法 按工件受力(簡化)平衡條件，列出夾緊力的計算方程式，并從中求出所需夾緊力Fc，為保證夾緊力可靠，再乘以安全系數(shù)K作為實際所需的夾緊力數(shù)值Fc'即 Fc′＝KFc （2-4） 考慮到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般在粗加工時取K =2.5～3；精加工時取K=1.5～2。 2、經(jīng)驗類比法 在實際夾具設(shè)計中，對于夾緊力的大小并非在所有情況下都要用計算確定。如對手動夾緊機構(gòu)，常根據(jù)經(jīng)驗或用類比的方法確定。 對于需要比較準確地確定夾緊力大小的，如氣動、液壓傳動裝置或夾緊容易變形的工件，仍有必要對夾緊狀態(tài)進行受力分析，估算夾緊力的大小。 夾緊力三要素的確定，實際是一個綜合性問題。必須全面考慮工件結(jié)構(gòu)特點、工藝方法、定位元件的結(jié)構(gòu)和布置等多種因素，才能最后確定并具體設(shè)計出較為理想的夾緊裝置。 四、受力分析 夾緊力F'的大小與零件自重W、焊接熱引起的作用力F之間的相互關(guān)系，有下列幾種情況。由于通常主要定位基準面是水平的，被裝配的零件擱置在它上面，因而在圖a時夾緊力可最小，理論上講，F(xiàn)'=0。圖b的F力為水平方向，夾緊力必須滿足下式要求： F'≥F/f－W (2-5) 圖e所需的夾緊力最大 F'≥F/f－W (2-6) 圖2-6 重力與焊接熱應力對夾緊力的影響 F'-夾緊力 F-焊接熱應力 W-重力 減小夾緊力可減小壓緊器的尺寸;降低勞動強度，因此應盡可能使F與W力由夾具的定位面或裝置上的擋塊來承受，而不是由零件與夾具面的摩擦力或壓緊器本身來承受。由于焊接熱引起的作用力F很難精確計算，只能粗略估計，一般是將計算的理論值提高1~2倍，作為夾具設(shè)計時的夾緊力。在大量采用機械化壓緊器的工藝裝備中，必要時應通過實驗來確定最恰當?shù)膴A緊力數(shù)值。 §2.10.3 減小夾緊變形的措施 有時，一個工件很難找出合適的夾緊點。如較長的套筒在車床上鏜內(nèi)孔和高支座在鏜床上鏜孔，以及一些薄壁零件的夾持等，均不易找到合適的夾緊點，這時可以采取以下措施減少夾緊變形。 1、均勻的對稱變形，以便獲得變形量的統(tǒng)計平均值，通過調(diào)整刀具適當消除部分變形量，也可以達到所要求的加工精度。增加輔助支撐和輔助夾緊點。若高支座可采用增加一個輔助支撐點及輔助夾緊力，就可以使工件獲得滿意的夾緊狀態(tài)。 2、分散著力點，用一塊活動壓板將夾緊力的著力點分散成兩個或四個。從而改變著力點的位置，減少著力點的壓力,獲得減少夾緊變形的效果。 3、增加壓緊件接觸面積，在壓板下增加墊環(huán)，使夾緊力通過剛性好的墊環(huán)均勻地作用在薄壁工件上，避免工件局部壓陷。 4、利用對稱夾具的夾緊設(shè)計，應保證形狀在加工薄壁套筒時，采用加寬卡口，如果夾緊力較大，仍有可能發(fā)生較大的變形，因此，在精加工時，除減小夾緊力外，還需要采用對稱式的夾具設(shè)計。 5、其它措施對于一些極薄的特形工件，靠精密沖壓加工仍達不到所要求的精度而需要進行機械加工時，上述各種措施通常難以滿足需要，可以采用一種凍結(jié)式夾具。這類夾具是將極薄的特形工件定檢于一個隨行的型腔里，然后澆灌低熔點金屬，待其固結(jié)后一起加工，加工完成后，再加熱熔解取出工件。低熔點金屬的澆灌及熔解分離，都是在生產(chǎn)線上進行的。 19 第3章 模具的設(shè)計 §3.1 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 §3.1.1 國內(nèi)模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工藝，是一種髙附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是髙新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，其技術(shù)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(jīng)濟總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對模具的需求量越來越大,技術(shù)要求也越來越高。目前我國模具工業(yè)的發(fā)展步伐曰益加快，“十一五期間”產(chǎn)品發(fā)展重點主要應表現(xiàn)在： 1、汽車覆蓋件模具； 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(shù)含量的模具。 汽車工業(yè)的快速發(fā)展，拉動了中國模具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也給中國模具產(chǎn)業(yè)帶來了發(fā)展良機。汽車車身模具主要包括汽車覆蓋件模具、汽車骨架類模具。2001年以前汽車模具生產(chǎn)廠家主要以生產(chǎn)卡車車身模具為主，隨著國家經(jīng)濟迅速發(fā)展，轎車普及程度越來越高，現(xiàn)在轎車車身模具已成為各模具制造商的主導產(chǎn)品。國內(nèi)汽車模具制造企業(yè)的生產(chǎn)能力日漸提髙，轎車整體側(cè)罔模具過去一直依賴進口，現(xiàn)在國內(nèi)幾家大型模具制造廠家已能生產(chǎn)，一汽模具制造有限公司率先在2003年完成中低檔轎車整車模具的開發(fā)，產(chǎn)品完全能夠滿足汽車廠家的要求，還有一些模具出口到美國、歐洲和日本。多衷位自動化連續(xù)模、汽車大V中型骨架件的級進模作為部分企業(yè)的新產(chǎn)品已逐步占領(lǐng)國內(nèi)市場，并打入國際市場。激烈的市場競爭，落后的管理手段，使模具企業(yè)中的管理和技術(shù)人員只有疲于奔命。2003年國內(nèi)少數(shù)汽車模具企業(yè)就開始ＰＤＭ系統(tǒng)的研發(fā)工作，07年從系統(tǒng)的開發(fā)與庫用進入到一個成熟、穩(wěn)定階段，在模具產(chǎn)品開發(fā)過程中徹底改變了以往的卞些不規(guī)范、落后的管理方式，對文檔管理、知識管理、工作流程管理、人員權(quán)限管理、項目管理等內(nèi)容進行先進的信息化系統(tǒng)管理，使產(chǎn)品設(shè)計與技術(shù)管理兩個環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，大幅度的提高了設(shè)計效率與管理水平。 模具檢測技術(shù)近幾年也有很大提高，特別是應用Ａｔｏｓ光學掃描照相設(shè)備進行模具檢測、模具虛擬合模檢測、沖壓零件檢測、模具修理與復制、泡沫實型檢測、鑄件毛坯檢測，―座表測量設(shè)備相比模具檢測效率得到很大提高，不僅如此通過模具虛擬合模檢測還可以實現(xiàn)汽車沖壓模具數(shù)據(jù)化制造過程控制。 技術(shù)是企業(yè)發(fā)展的動力，管理則是企業(yè)發(fā)展的靈魂。念業(yè)向髙層次提升就必須創(chuàng)造一套適合自己的獨特的管理體系。技術(shù)有錢可以買來，沒錢甚至可以偷來，唯獨管理買不到。好的管理方法可能學習，但不能克隆。比如歐、 美、日的管理經(jīng)過幾十年甚至一個世紀積累、提煉，才形成一種模式，但還要不斷推陳出新。歸根結(jié)底它就是一種思想、方法、理念。實踐證明國際上任何一種成熟的管理方法直接用在中國的任何企業(yè)都不會有持久的效果，而應通過學習’結(jié)合自己企業(yè)的特點創(chuàng)造適合自己企業(yè)并能滿足市場需求的管理模式，來實現(xiàn)企業(yè)的管理創(chuàng)新。 目前，國內(nèi)許多汽車車身模具企業(yè)都建立了適合八身特點的全方位的管理體系，如一汽模具開發(fā)了以項目為主體，貫穿公司生產(chǎn)過程中所有信息的管理系統(tǒng)，包括項目計劃、工作量分配計劃執(zhí)行過程中的問題的積累及解決方案的過程、質(zhì)量狀態(tài)等。實現(xiàn)了項目目標與部門月隹作目標的實時發(fā)布，保證了企業(yè)與部門目標的二致性。實現(xiàn)了年、月生產(chǎn)負荷及任務(wù)分布的八動發(fā)布，為資源策劃提供了依據(jù)。實現(xiàn)了項目運行情況及部門計劃執(zhí)行情況的實時發(fā)布，為項目的控制提供了依據(jù)。實現(xiàn)了產(chǎn)品變更執(zhí)行情況和現(xiàn)場問題的提出及解決情況的實時發(fā)布，為項目的控制及信息積累提供了條件。 國家提出要自主發(fā)展，產(chǎn)品自主已提到了很主要的高度，汽車產(chǎn)品的自土會越來越多，也就給中國模具企業(yè)進步搭建更多更好的表演舞臺，中國模具發(fā)展的精彩點也會給中國汽車產(chǎn)業(yè)更多更快的回報。產(chǎn)品技術(shù)上，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。與國外汽車大中型級進模相比，我們在工藝排布、模具制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。中國汽車車身模具今后的發(fā)展方向，應該注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和定位，進一步提升模具的制造技術(shù)水平，占領(lǐng)結(jié)構(gòu)復雜、精密度高、技術(shù)含量髙的高檔模具市場。 未來中國汽車模具制造業(yè)的發(fā)展是要做強。做強的標志是扭轉(zhuǎn)大量的中高檔模具仍然依靠進口的局面；做強的標志是中國的汽車模具企業(yè)能夠肩負起中國汽車自主發(fā)展過程中所需的模具及焊接夾具的重任；做強的標志是中國的模具企業(yè)快速融入國際化競爭使我們自己的模具大量進入國際市場，將過去大量從歐、美、日進口模具的現(xiàn)象變?yōu)榇罅砍隹?。使中國由汽車模具大國變成汽車模具強國? §3.1.2 模具CAD/CAE/CAM技術(shù) 沖壓技術(shù)的進步首先通過模具技術(shù)的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)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(shè)計與制造中的應用。通過以計算機為主要技術(shù)手段，以數(shù)學模型為中心，采用人機互相結(jié)合、各盡所長的方式，把模具的設(shè)計、分析、計算、制造、檢驗、生產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術(shù)進入到綜合應用計算機進行設(shè)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(shù)進步的特征。 模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，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(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。 模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)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(shù)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(shè)計、條料排樣、壓力計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)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(guān)機構(gòu)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(shù)國家重點實驗室在Auto CAD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(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、標準件及典型結(jié)構(gòu)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（Fine tool）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(nèi)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)Cm CAD、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(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，本世紀的科學技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學科領(lǐng)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(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)的結(jié)合日益緊密。 §3.2 零件工藝性分析 工件圖為下圖，工件材料為4130鋼，壁厚2.4mm。其工藝性分析內(nèi)容如下： 圖 3-1 彎曲工件圖 §3.2.1 材料選擇 選擇車架的材料應該考慮材料的焊接性以及強度和韌性。4130結(jié)構(gòu)鋼具有高的強度和韌性，淬透性較髙，在油中臨界淬透直徑15?70mm；鋼的熱強度性也較好，在500℃以下具有足夠的高溫強度，但550℃時其強度顯著下降；當合金元素在下限時焊接相當好，但接近上限時焊接性中等，并在焊前需預熱到175以上；鋼的可切削性良好，冷變形時塑性中等。由于20結(jié)構(gòu)鋼的上述特性，車架的材料最終選擇4130鋼。 §3.2.2 結(jié)構(gòu)分析 零件結(jié)構(gòu)簡單，左右對稱，對彎曲成形較為有利?？刹榈么瞬牧纤试S的最小彎曲半徑r=0.5t=1mm，而零件彎曲半徑r=187.5mm>1mm，故不會彎裂。計算零件相對彎曲半徑1<5，卸載后彎曲件圓角半徑的變化可以不予考慮 §3.2.3 工藝分析 沖壓工序可以分為四個基本工序： 一、沖裁 使板料實現(xiàn)分離的沖壓工序（包括沖孔、落料、修邊、剖切等）。 二、彎曲 將板料、棒料、管材和型材彎成具有一定曲率、一定角度和形狀的沖壓工序。 三、拉深 將平面板料變成各種開口空心零件，或把空心件的形狀、尺寸作進一步改變的沖壓工序。 四、局部成形 用各種不同性質(zhì)的局部變形來改變毛坯或沖壓件形狀的沖壓工序（包括翻遍、脹形、校平和整形工序等）。 方程式賽車車架是由若干直線管件以及U型管件焊接而成。直線管件可以直接裁得，Ｕ型件需要彎曲得到。由于該零件結(jié)構(gòu)較簡單，所以可以由Ｕ型件展開的直線件直接彎曲制得。 近幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)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(shù)的認識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進化為集成制造。生產(chǎn)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(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 沖壓自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)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(chǎn)模式—計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個新的高度。 §3.3 U形件彎曲模結(jié)構(gòu)設(shè)計 §3.3.1 模具的整體結(jié)構(gòu) 一、模具總體結(jié)構(gòu)如下圖所示， 圖3