焊片沖壓成型工藝及模具設計【沖孔落料拉伸級進?！俊菊f明書+CAD】

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沖壓模具設計中側(cè)壁起皺的分析 F.-k. Chen and Y.-C. Liao 臺灣 臺北市國立臺灣大學機械工程部門 在沖壓過程中，起皺一般發(fā)生在有錐度的方形杯子和帶有階梯的矩形杯子成形時。這兩種起皺類型的共同特征是起皺都發(fā)生在相對沒有支撐的側(cè)壁。在沖壓一個有錐度的方形杯子時，當發(fā)生起皺時，比如沖模間隙和沖壓毛壞的壓力大小等參數(shù)的影響通過有限元模擬方法被檢查到。模擬結(jié)果顯示沖模間隙越大，起皺的就越明顯，而且起皺不能通過增加沖壓力來被抑制。在研究帶有階梯的矩形杯子沖壓過程的起皺時，發(fā)現(xiàn)了一個有相似幾何類型的實際部分。在側(cè)壁被發(fā)現(xiàn)的起皺是因為介于沖頭和階梯邊緣的金屬板料不平衡伸展造成的。為減少起皺，一個最適宜的沖模設計方法就是利用有限元分析法。在無起皺產(chǎn)品中介于模擬結(jié)果和實測結(jié)果的好協(xié)議使有限元分析法生效，而且證實了利用有限元分析法去設計沖模的優(yōu)勢。 關鍵詞：側(cè)壁起皺；沖模；階梯的矩形杯子；帶有錐度的主形杯子 1． 介紹 起皺是在金屬板料成形中主要的缺陷之一。由于性能和視察的原因，在產(chǎn)品中起皺往往不能被接受。在金屬板料成形過程中，有三種形式的起皺頻繁的發(fā)生：邊緣起皺，側(cè)壁起皺和由于殘余的彈性壓力引起的未變形區(qū)域的彈性彎曲。在沖壓一個復雜形狀零件的操作時，側(cè)壁起皺意味著沖模腔中的起皺。由于側(cè)壁區(qū)域的金屬板料相對于其它區(qū)域的金屬板料不被工具所保征質(zhì)量，側(cè)壁起皺的消除比邊緣起皺的抑制更難。很明顯，在未被加固的側(cè)壁區(qū)域中的金屬材料的額外拉伸可能防止起皺，而且在實際操作中也可以通過增加沖壓力來防止起皺，但是過度的拉力會通過裂痕導致失敗。因此，沖壓力必須處于一個狹小的范圍，一方面，要高于抑制起皺的力，另一方面，要低于產(chǎn)生破裂的力。沖壓力的狹小范圍很難計算。對于沖壓一個復雜形狀的零件，當起皺發(fā)生在中心區(qū)域時，有意義的沖壓力范圍甚至不存在。 為了檢查起皺的形成結(jié)構(gòu)，Yoshida et al.發(fā)明了一種測試，在這種測試里，一塊薄板料不是均勻的沿著它的斜度被拉伸。他們也計劃一個近似的理論模型，在這種模型里面，起皺的開始取決于在壓力不均勻區(qū)域中有壓縮的側(cè)部力的彈性灣曲。Yu et al.從實驗性和分析性上研究起皺問題，通過理論分析，他發(fā)現(xiàn)帶有兩個圓周波的起皺可能發(fā)生，然而，實驗結(jié)果顯示是四到六個。當通過一個有錐度的模具畫出金屬板料時，Narayanasamy和sowerby用平底的沖頭和半球狀的沖頭檢查金屬板料的起皺。他們也試圖去把可以抑制起皺的道具分類。 那些努力都被聚中于和簡單形狀零件關聯(lián)的起皺問題上，例如：一個圓形的杯子。在90年代早期，金屬板料成形中三維動態(tài)軟件和有限元方法的成功運用使得分析包括在沖壓一個復雜形狀零件的起皺問題成為可能。在當前的研究中，三維有限元分析法被用來分析在沖壓一個帶有階梯的矩形部分的過程中，產(chǎn)生起皺的金屬流動制造參數(shù)上。 一個帶有階梯的方形杯子，在杯子的每一邊都有一個傾斜的側(cè)壁，在帶有錐度的杯子也相應的存在傾斜的側(cè)壁。在沖壓過程中，側(cè)壁上的金屬板料相對沒被支撐，因此，這個部位更容易起皺。在當前的研究中，起皺過程中的各種不同的制造參數(shù)的影響都在被研究。在沖壓一個帶有階梯的方形杯子時，就像圖1B顯示的一樣，可以觀測到另一種形式的起皺。為了評估分析的效力，在當前的研究中，一個確切階梯幾何形狀的物體被檢測。通過使用有限元分析法和用適宜的模具設計來減少起皺，起皺的原因被確定。在觀測一個實際產(chǎn)品成形時，通過有限元分析法得到的模具設計方法得到證實。 圖1帶有錐度方形杯子的拉伸（a）和帶有階梯的矩形杯子的拉伸（b） 2有限元模型 包括沖頭、模具和毛壞固定器等工具幾何學是用CAD或PRO/E軟件來設計的。同樣用CAD軟件，三節(jié)點和四節(jié)點的外形元素被采用用來為以上工具生產(chǎn)網(wǎng)眼系統(tǒng)。對于有限元模擬來說，工具被認為是剛硬的，而且對應的網(wǎng)眼被用來定義工具幾何學而不是壓力分析。同樣CAD軟件使用四節(jié)點外形元素來為板形壞料構(gòu)造網(wǎng)眼。圖2顯示工具的完整布置的網(wǎng)眼系統(tǒng)和用來沖壓帶有階梯方形杯子的板形壞料。由于對稱條件，方形杯子的四分之一被分析。在模擬中，板形壞料放在壓力機上，沖模向下移動，逆著壓力機夾緊板形壞料。然后沖模上升使得板形壞料按著模腔成形。 圖2 有限元網(wǎng)眼 為了表演一個精確的有限元分析法，金屬板料的真實應力應變曲線被要求是輸入數(shù)據(jù)的一部分。在當前的研究中，拉深成形的金屬板料也被用來模擬。為在飛機上切割下的樣本測試被進行，它們依次從0度的旋轉(zhuǎn)方向到45度的旋轉(zhuǎn)方向，再到90度的旋轉(zhuǎn)方向進行著。平均的流動力σ，計算方程為σ=（σ0+2σ45+σ90）/4，因為每一個方法真實應變通常用來模擬帶錐度方形杯子和帶階梯矩形的沖壓，就如圖3顯示的那樣。 當前研究中所有的模擬利用有限元程序PAM-STAMP涉及SGI Indigo2工作站。為了完成模似所需輸入數(shù)據(jù)的設置，沖頭的速度一般設置在10m/s，庫侖摩擦系數(shù)設置在0.1。 圖3 金屬板料的應力應變關系 3 錐度方形杯中的起皺 正像圖1a顯示的那樣，草圖暗示著一些有關錐度方形杯子的尺寸，方形沖頭每一面的長度（2WP）、模腔的尺寸（2Wd）和高度(H)被認為是影響起皺的至關重要尺寸。在當前研究中，模腔尺寸和沖頭尺寸的差距的一半稱作沖模間隙（記作G），G= Wd- WP。相關的在側(cè)壁沒被支撐的金屬板料的寬度取決于沖模間隙，起皺假想通過增加沖壓力來被抑制。相對于沖壓一個錐度方形杯子，沖模間隙和沖壓力兩方面的影響在接下來的部分被研究。 3.1沖模間隙的影響 為了檢查沖模間隙對起皺的影響，在沖壓一個錐度方形杯子時，分別用20mm，30mm，50mm大小的沖模間隙進行模擬沖壓。在每次模擬沖壓中，模腔的尺寸都是固定在200mm，而且杯子拉深的高度都是100mm。三次模擬中使用的金屬板料都是380X380的方形尺寸，厚度也都是0.7mm，金屬的應力應變曲線如圖3所示。 圖4 G=50mm的帶有錐度的方形杯子 模擬結(jié)果顯示三次模擬中都發(fā)生起皺現(xiàn)象，沖模間隙為50mm沖壓出來的杯子模擬形狀如圖4。從圖4中可以看出，起皺分布在側(cè)壁，側(cè)壁拐角尤其明顯。這就說明在沖壓過程中，起皺是由于在側(cè)壁有大面積區(qū)域不被支撐，同樣，由于沖模間隙不一樣，沖頭各邊的長度和模腔尺寸也不一樣。由于橫向壓力的存大，在沖頭和模腔中拉深成形的金屬板料越來越不牢固。在壓縮下，側(cè)壁金屬板料不受限制的拉伸是起皺的主要原因。為了比較三種不同間隙沖壓出來的產(chǎn)品，兩個主要的應變比率β被介紹，β=εmin/εmax，這里的εmin和εmax分別是主要的和次要的應變。Hosford和Caddell已經(jīng)展示了β的實際值比β的評論值大，假設當起皺發(fā)生時，β的實際值越大，起皺的可能性就越大。 在三個沖模間隙不同的沖壓中，同一側(cè)壁高度，沿著橫截面M-N的β值在圖4中標記出，在圖5中畫出。圖5中說明嚴重的起皺一般發(fā)生在拐角處，而對三個沖模間隙不同的沖壓，在側(cè)壁中心很少發(fā)生起皺。還說明了沖模間隙越大，β的實際值就越大。因此，增加沖模間隙將增加在錐度方形杯子側(cè)壁處發(fā)生起皺的可能性。 3.2沖壓力的影響 眾所周知，在沖壓過程中，增加沖壓力可以幫助排除起皺。為了研究增加沖壓力的影響，沖模間隙為50mm與起皺是有關聯(lián)的，用沖模間隙為50mm的模具沖壓帶有錐度方形杯子被用不同的沖壓力來模擬了。沖壓從100KN增加到600KN，這兩個力分別產(chǎn)生0.33Mpa和1.98Mpa。在上述部分，剩下的模擬條件與給定的是一樣的。處于中間的300KN也被用來模擬。 模擬結(jié)果顯示沖壓力的增加并沒有幫助消除發(fā)生在側(cè)壁的起皺。在圖4中已標出沿著橫截面M-N的β值與沖壓力為100KN和600KN的β值作比較。模擬結(jié)果指出兩種情況下，沿著橫截面M-N的β值是一樣的。為了檢查兩種不同沖壓力的起皺形狀，正如圖4和圖6標出的那樣，側(cè)壁上從底部向上有五處不同位置的橫截面。從圖6可以看出，兩個外殼的波浪形橫截面是相似的。這就說明在沖壓帶有錐度的方形杯子時，沖壓力不影響起皺的發(fā)生，這是因為起皺的原因主要是由于在有橫向壓力存在的側(cè)壁處有大面積區(qū)域不被支撐。沖壓力對沖頭和模腔之間材料不穩(wěn)定的模式并沒有影響。 圖5 沿著橫截面M-N不同沖模間隙的β值 4階梯矩形杯子 在沖壓一個階梯矩形杯子時，起皺發(fā)生在側(cè)壁即使沖模間隙并不是那么重要。輪廓1顯示沖壓階梯矩形杯子的沖頭草圖，在這張草圖中，側(cè)壁C沿臺階D-E而行。在近期的研究中，在一個實際的產(chǎn)品中檢查到了這種幾何形狀。這種產(chǎn)品使用的原材料的厚度是0.7mm，從拉力測試中獲得的應力應變關系如圖3所示。 這種沖壓部分產(chǎn)品的程序包括通過清理焊縫的深拉。在這種深拉過程中，沒有焊縫被用在沖模表面來幫助幫助金屬的流動。但是，由于沖頭拐角處的半徑過小和其復雜的幾何形狀，如圖7顯示的那樣，在沖頭邊緣上部經(jīng)常發(fā)生拉裂，在真實產(chǎn)品的側(cè)壁處經(jīng)常發(fā)生起皺。從圖7中可以看出，皺紋發(fā)分布在側(cè)壁上，但是在階梯邊緣拐角處最為嚴重，就像圖1（b）中A-D，B-E顯示的那樣。在沖頭的上部邊緣，金屬往往被拉裂，就像圖7所示。 為了進一步的了解沖壓過程中板料的變形，誕生了一種有限元的方法。這種有限元模擬方法被在最初的設計中。部分的模擬形狀如圖8所示。從圖8中可以看出，零件上部邊緣的網(wǎng)眼被拉深，皺紋分布在側(cè)壁上，類似真實零件中的那樣。 圖6 從圖a的100KN到圖b的600KN不同側(cè)壁高度的橫截面線條 圖7 產(chǎn)品零件中的拉裂和起皺 圖8 產(chǎn)品拉裂和起皺的模擬形狀 如圖1（b）就像A-B邊緣半徑和沖孔拐角處A的半徑一樣，沖孔的半徑也很小，這被認為是拉裂的最主要原因。但是，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，拉裂可以通過增加以半徑來避免。這種理念在現(xiàn)實產(chǎn)品中通過增加半徑得到證實。 個別的嘗試也被用來消除起皺。第一，沖壓力加到原來的2倍。但是，就像在拉深帶有錐度的杯子中得到的結(jié)果一樣，沖壓力對消除起皺現(xiàn)象沒有起有很大的效果。通過增加摩擦和毛坯尺寸也得到同樣的結(jié)論。于是我們推測，這種起皺不能通過增加沖壓力來得到抑制。 由于在金屬屈服于過大壓力的區(qū)域，往往會因為大量的金屬流動而起皺，一種通過在起皺區(qū)域增加掛鉤用于消除起皺的簡單方法被用來吸收多余的材料。為了多余的金屬能有效的被吸收，掛鉤應該平衡的加在起皺位置?；谶@種理念，兩個掛鉤被加在鄰近在壁上吸收多余的材料，如圖9如示。模擬結(jié)果顯示，階梯拐角處的起皺正如想象的那樣被吸收，但是，一些起皺仍然沒被吸收。這說明在側(cè)壁處需要更多的掛鉤來吸收所有過量的材料，但是這在模具設計中是不允許的。 利用有限元分析法分析沖壓工序的一個優(yōu)勢是沖壓過程中板料的變形形狀可以被監(jiān)測，而這在真實的產(chǎn)品沖壓過程中是不可能的。對沖壓過程中金屬流動的精密監(jiān)測顯示板料最開始通過沖頭的力按模腔的形狀成形，直到板料接觸到如圖1（b）階梯D-E邊緣才形成起皺。起皺的形狀如 圖9 加到側(cè)壁的起皺 圖10顯示的那樣。這就為模具設計的改進提供了有價值的信息。 圖10 當板料接觸臺階邊緣的起皺形成 圖11 切除了的臺階拐角 對于起皺的發(fā)生，最初的一個猜想是沖頭拐角處范圍A和階梯拐角處范圍D之間的金屬板料處于不平坦的拉深，就如圖1（b）所示。階梯拐角處被切主要是為了改善拉深條件，這樣就允許通過增加階梯邊緣有更多的拉伸被應用到如圖11所示，從而使得模具設計的改進得到發(fā)展。但是，杯子側(cè)壁處仍然有起皺，這就意味著起皺是因為整個沖頭邊緣和整個階梯邊緣的不平坦引起的，不僅僅是沖頭拐角處和階梯拐角處之間的不平坦。為了證實這種說法，兩種改進過了的模具設計被用來實驗：為了描述想象中的形狀用兩種拉深操作，一種是切去整個階梯，而另一種是增加更多的拉深操作。前一個方法的模擬形狀所圖12所示。自從更低的階梯被切去后，拉深工序與圖12中的矩形杯子拉深工序性很相似。從圖12中可以看出起皺現(xiàn)象已被消除。 在這兩種操作的拉深工序中，板料最初是被拉到很深的階梯處，如圖13（a）所示，然后，較低的階梯在第二步拉深操作中成形，同是，如圖13（b）所示的想象形狀也得到了。從圖13（b）可以清晰的看出，通過兩步拉深工序可以造出沒有起皺的階梯矩形杯子，同時也說明在兩步拉深工序中，如果相應的順序被應用，則更低一些的階梯處的成形是伴隨更深階梯處成形和最深階梯邊緣處成形的最早成形，如圖1(b)中的A-B，因為金屬不容易通過較低的階梯進入模具型腔。 圖12改善模具設計的模擬形狀 圖13 兩個操作步驟中的a第一步操作 b第二步操作 有限元分析法說明用簡單的拉深操作來設計理想產(chǎn)品的沖壓模具設計是很難完成的。但是，由于額外的模具費用和操作費用，兩個操作的制造費用是很高的。為了保持較低的制造費用，零件的設計師對形狀做出了合適的改變，而且通過有限元模擬分析法結(jié)果去切除較低的臺階來改善模具設計，如圖12所示。隨著設計方法的改進，產(chǎn)品真實的沖壓模具被制造出來，而且零件還沒有起皺，如圖14所示。通過有限元模擬分析法得到的零件也沒有起皺。 為了進一步驗證有限元模擬分析法的結(jié)果，有限元模擬分析法得到的沿橫截面G-H的厚度分布如圖14所示，這與產(chǎn)品的尺寸做了比較，比較的結(jié)果顯示在圖15。從圖15可以看出有限元模擬分析法得到的預想的厚度分布和產(chǎn)品得到的厚度分布是相符合的。這種吻合證實了有限元模擬分析法的效率。 圖14 無缺陷產(chǎn)品零件 圖15 G-H處模擬和測量厚度 5概要和結(jié)束語 通過有限元模擬分析法研究了兩種在沖壓過程中的起皺，而且還檢查了其起皺的原因和消除起皺的方法。 第一種形式的起皺發(fā)生在沖壓帶有錐度的方形杯子的側(cè)壁上，這種起皺的原因是因為沖模間隙過大（沖模間隙就是模腔的尺寸和沖頭的尺寸的差距）。當金屬被拉至模腔中，在沖頭和型腔中有一有害的拉深時，大的沖模間隙導致金屬板料的大面積區(qū)域不被支撐，因此大面積區(qū)域不被支撐導致起皺。有限元模擬分析法顯示這種起皺不能通過增加沖壓力的方法來得到抑制。 另一種形式的起皺發(fā)生在有階梯矩形的幾何形狀物體沖壓過程中。起皺往往發(fā)生在臺階以上的側(cè)壁，甚至沖模的間隙不是足夠的大。通過有限元模擬法得知，這種起皺主要是由于在沖頭和臺階邊緣存在不平坦的拉伸。在模具設計過程中，通過有限元模擬分析法單獨的嘗試被用來消除起皺，切除了臺階的模具被建立。通過無缺陷的零件證實了這種模具設計方法對消除起皺的作用。有限元模擬分析法得到的結(jié)果和真實產(chǎn)品中看到的結(jié)果相吻合說明了有限元模擬分析法的準確性，還證實了用有限元分析法代替真實的模具制造方法的效力。 感謝 作者希望感謝中國人民共和國民族科學委員會授于NSC-86-2212-E002-028編號才使得這個項目得到發(fā)展。他們也希望感謝KYM提供了產(chǎn)品零件。 參考文獻 1. K. Yoshida， H. Hayashi， K. Miyauchi， Y. Yamato， K. Abe， M. Usuda， R. Ishida and Y. Oike，在金屬板料，皺紋機械工具的效果取決于不均勻的拉深 2. T.X.Yu，W.Johnson 和 W.J.Stronge， “圓形碟子在半球形模具中的沖壓成形”，機械學雜志，26，pp.131-148，1984 3. W.J.stronge，M.P.F.Sutcliffe和T.X.Yu，在沖壓期間，圓形碟子的塑性起皺。實驗的技巧，pp.345-353，1986. 4. R.Narayanasamy和R.Sowerby，“當用一種圓錐形的沖模成形時的金屬板料起皺”，材料處理技術(shù)雜志，41，pp.275-290，1994. 5. W.F.Hosford 和 R.M.Caddell，金屬成形:機械和冶金，1993年第二季。 河南機電高等?？茖W校 學生畢業(yè)設計中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 防塵罩注塑工藝與模具設計 難易程度 偏難 適中 偏易 工作量 較大 合理 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 無 開題報告 有 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 焊片沖孔落料彎曲模設計 摘 要 本設計題目為中焊片沖孔落料彎曲模設計。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者沖孔落料彎曲模設計的基礎知識，為設計更復雜的沖壓模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗。 本設計運用沖壓成型工藝及模具設計的基礎知識，介紹了模具設計時要注意的要點，并較多的考慮了模具結(jié)構(gòu)的調(diào)整性、易更換性及模具成本。從控制制件尺寸精度出發(fā)，對外殼沖孔切邊模的各主要尺寸進行了理論計算，以確定各工作零件的尺寸，從模具設計到零部件的加工工藝以及裝配工藝等進行詳細的闡述，并應用CAD進行各重要零件的設計。 關鍵詞：沖孔，落料，彎曲模 工藝分析 模具結(jié)構(gòu) The design of punching，bending and blanking die of Soldering Flake Abstract The design the topic for the Design of the Trimming Die punching shell. The designer’s foundation knowledge is reinforced and is able to design more complex press die through the design. The design of the use of punch forming process and die design of the basic knowledge on the mold design to the main points of attention and more consideration of the mold structure, and easy to replace and the cost of mold. Size precision parts from the control point on the shell punching die trimming the size of all the major theoretical calculations carried out to determine the size of the working parts, the parts from the mold design process and the assembly process in detail, etc., and the application of CAD for the design of the important parts. Key words: Punch holes, Falls the material ，Bending die， process analysis , die structure 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計任務書 系 部： 專 業(yè)： 學生姓名: 學 號: 設計題目： 焊片沖壓成型工藝及模具設計 起 迄 日 期: 2009年 3月11 日 ~ 5 月20 日 指 導 教 師: 2009年3月11日 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 1．本畢業(yè)設計課題來源及應達到的目的： 本設計題目為沖孔落料彎曲級進模設計，通過設計，應對沖壓工藝生產(chǎn)較為熟悉，能熟練使用相關設計手冊，獨立完成一套模具的設計及模具工作零件加工工藝的編制。并且能夠運用模具設計軟件完成模具裝配圖及零件圖的繪制。 2．本畢業(yè)設計課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： （1）了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀； （2）分析鋼板的成形工藝并確定其工藝方案； （3）模具主要設計計算； （4）繪制模具總裝圖，并繪制零件圖； （5）模具的裝配及調(diào)試； （6）得出設計結(jié)論。 設計題目：沖孔落料彎曲級進模設計 材料：H62 料厚：1.2mm 產(chǎn)量：大批量 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系部意見： 系領導： 年 月 日 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計題目：焊片沖壓工藝及模具設計 系 部 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 2009年5 月 4 日 插圖清單 圖1 焊片制件圖 ……………………………………………………………4 圖2展開件圖及其尺寸………………………………………………………5 圖3落料凸模 ………………………………………………………………8 圖4落料彎曲凸凹模…………………………………………………………9 圖5凹模形狀尺寸 …………………………………………………………10 圖6 沖孔凸模示意圖 ……………………………………………………13 圖6模具整體裝配 …………………………………………………………15 圖7彈性橡皮插圖 …………………………………………………………18 圖8模架 ……………………………………………………………………20 插表清單 表1 模具材料的選用……………………………………………………22 表2 沖大孔凸模的加工工藝過程………………………………………23 表3 落料凹模的加工工藝過程…………………………………………23 表4 沖裁模試沖時出現(xiàn)的問題及調(diào)整方法……………………………25 機 械 加 工 工 序 卡 工序名稱 精車 工序號 03 零件名稱 沖大孔凸模 零件號 00-08 零件重量 同時加工零件數(shù) 1 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號 重 量 Cr12 設 備 夾 具 名 稱 輔 助 工 具 名 稱 型 號 車床 CA6140 三爪卡盤 游標卡尺、千分尺 安 裝 工 步 安裝及工步說明 刀 具 量 具 走 刀 長 度 走 刀 次 數(shù) 切 削 深 度 進給量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 切 削 速 度 基 本 工 時 一次 1 車外圓 外圓車刀 游標卡尺、千分尺 65mm 1 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 一次 1 車外圓 外圓車刀 游標卡尺、千分尺 58mm 2 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 一次 1 車外圓 外圓車刀` 游標卡尺、千分尺 35mm 1 1mm 0.05㎜/ min 820r/min 設 計 者 王吉平 指 導 教 師 共 1 頁 第 1 頁 機 械 加 工 工 藝 過 程 卡 零件號 零 件 名 稱 06 沖孔凹模 工序號 工 序 名 稱 工序內(nèi)容 車間 設備 量 具 工 時 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 下料 鍛造 熱處理 銑削 平磨 鉗 工具銑 熱處理 平磨 線切割 研磨 鋸床下料Φ56㎜×95㎜ 鍛成105㎜×100㎜×18mm 退火,硬度≤229HBS 銑外型尺寸125㎜×80㎜×16mm 光上下表面，磨兩對側(cè) 劃線，去毛刺，做螺紋孔及銷釘孔 銑個型孔，線切割穿絲孔 淬火，回火，60～64HRC 磨光表面，及基準面 找正切割各型孔 研磨各型孔 下料車間 鍛造車間 熱處理車間 模具車間 模具車間 模具車間 模具車間 熱處理車間 模具車間 模具車間 模具車間 鋸床 空氣錘 熱處理爐 銑床 磨床 銑床 熱處理爐 磨床 線切割 鋼尺 鋼尺 硬度測量儀 游標卡尺 游標卡尺 游標卡尺 硬度測量儀 0.5 2 10 5 2 2 5 12 2 2 2 編制 王吉平 校對 審核 批準 河南機電高等專科學校模具專業(yè)畢業(yè)設計說明書 1緒論 隨著科學技術(shù)的不斷進步工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)新工藝，新材料新設備的不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷更新和發(fā)展。目前，國內(nèi)外對沖壓理論的發(fā)展非常重視，但我國的沖壓生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)達國家相比之下仍有一定的距離。 1.1國內(nèi)沖壓模具的沖壓現(xiàn)狀個發(fā)展趨勢 1.1.1國內(nèi)沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有2萬多家，從業(yè)人員約50多萬人。但總體來說我國模具行業(yè)的發(fā)展仍有以下方面的不足之處： 1.沖壓行業(yè)的自動化、機械化程度低，成產(chǎn)集中度較低，沖壓行業(yè)大多數(shù)企業(yè)設備比較落后，能耗高，材料利用率低，環(huán)境污染嚴重。工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力較差。 2.大型，精密模具仍依賴進口，模具標準化程度較低。 3.科技成果轉(zhuǎn)化慢，先進工藝應用緩慢。 4.專業(yè)人才缺乏嚴重缺乏，業(yè)內(nèi)掌握先進設計技和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠遠不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要。 5.模具精度不高且壽命低。 6.原材料，能源和人工等成本持續(xù)上升，而模具價格卻持續(xù)下降，模具企業(yè)的總體利潤不斷下降。為了發(fā)展，模具企業(yè)必須從以前的經(jīng)驗型和模仿型設計向自主創(chuàng)新設計方向發(fā)展，積極采用高新技術(shù)已成為一種發(fā)展趨勢。 1.1.2國內(nèi)沖壓模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國的模具工業(yè)和技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展，但和發(fā)達國家相比，我國的模具發(fā)展仍有很大的發(fā)展空間。隨著社會的飛速發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整更為重要，使結(jié)構(gòu)復雜，精密度高的高檔模具得到了更好的發(fā)展。模具行業(yè)應緊緊跟隨著市場的需求來不斷的提高和發(fā)展，并上規(guī)模上檔次。開發(fā)和應用模具CAD/CAM/CAE技術(shù)，縮短模具的設計和制造周期。 1.2國外沖壓模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關鍵的工藝裝備，在電子、建材、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊器材等產(chǎn)品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。因此，模具行業(yè)的發(fā)展狀況已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展速度的標尺。目前國外的模具行業(yè)出現(xiàn)了較快的發(fā)展，國外的沖壓模具具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)工期短，人均產(chǎn)值高的特點。其企業(yè)分工較細，技術(shù)精益求精，客戶相對穩(wěn)定，CAD/CAM/CAE和高速切削加工技術(shù)應用廣泛。模具的設計、加工及各種管理向數(shù)字化方向發(fā)展。告訴、高精度已經(jīng)智能化的各種模具加工設備得到了進一步的發(fā)展和推廣應用。但目前發(fā)達國家的模具正向發(fā)展中國家加速轉(zhuǎn)移。其表現(xiàn)方式為：一是建廠。而是投資，三是采購，近年來這一趨勢更加明顯。因此我國的模具企業(yè)應抓住機遇，借助并學習國外先進的技術(shù)，加快自己的發(fā)展步伐。 1.3級進模具設計與制造方面 級進模具使在普通模具的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、高壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模的發(fā)展方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作之外還可以根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點個成型性質(zhì)來完成壓筋，沖窩，彎曲和拉深等成型工序沖壓時，將帶料或條料由模具的入口端送入后，在嚴格控制步距精度的條件下按照成型工藝安排的順序，通過各工位的連續(xù)沖壓，在最后工位經(jīng)沖或切斷后，便可沖制出符合產(chǎn)品要求的沖壓件。為保證多工位級進模的正常工作，模具必須具有高精度的導向各準確的定距系統(tǒng)，配有自動送料、自動出件、安全檢測等裝置。所以級進模與普通模具相比要復雜。其具有如下特點： （1）生產(chǎn)效率高 在一副模具中可以完成包括沖裁，彎曲，拉深，和成型等多道沖壓工藝，減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復定位的過程，顯著提高了生產(chǎn)效率和設備的利用率。 （2）模具使用壽命長 由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合膜的最小壁厚問題，設計時還可以根據(jù)模具強度和模具的裝配需要流出空工位，從而保證模具的強度和裝配空間。 （3）沖件的精度高 級進模通常具有精度高的內(nèi)外導向（除模架的導向精度要求高外還必須對小凸模實施內(nèi)導向保護）和準確的定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。級進模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^2mm）、產(chǎn)量大、形狀復雜、精度要求高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件其精度可達IT10級。 （4）自動化程度高 操作安全 級進模常采用告訴沖床成產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等裝置，具有較高的生產(chǎn)效率。 （5）設計制造難度大 級進模的結(jié)構(gòu)相對較復雜，鑲塊多，模具制造精度要求很高給模具的制造，調(diào)試級維修帶來了一定的難度。同時，要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損后要求更換迅速、方便、可靠，所以模具工作零件必須選材好（常采用高強度的高合金模具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等材料），必須用應慢走絲線切割加工，成型磨削，坐標鏜，坐標磨等先進加工方法制造模具。 綜上所述，級進模的結(jié)構(gòu)較復雜，模具設計各制造的技術(shù)要求較高，同時對沖壓設備、原材料也又相應的要求，模具的成本較高，因此，在模具設計前必須對共建進行全面的分析，然后合理的確定該共建的沖壓成型工藝方案，正確設計結(jié)構(gòu)各模具零件的加工工藝過程，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益。 2制件的總體分析 制件圖1 該制件為焊片。形狀簡單、對稱是由圓弧，直線組成。沖孔件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT11-IT14,可以認為該零件的精度要求 能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標注，等情況也均符合沖裁件的工藝要求，故決定采用沖壓方式進行加工。制件形狀為u形，圓孔分布比較均勻。形狀簡單，對精度要求不高，材料的利用率高。 從制件圖上可以看出，必須先通過落料和沖工藝孔，然后再進行彎曲，需要組合模具，很明顯彎曲決定了零件的總體形狀和尺寸，所以在此先主要對彎曲工藝進行分析。包括彎曲件的精度、圓角半徑、板料的纖維方向與彎曲線夾角、彎曲的直邊高度、其他工藝性等。 制件的材料為優(yōu)質(zhì)H62。H62 普通黃銅；有良好的力學性能，熱態(tài)下塑性好，冷態(tài)下塑性也可以，切削性好，易釬焊和焊接，耐蝕，但易產(chǎn)生腐蝕破裂。此外價格便宜，是應用慣犯的一個普通黃銅品種。用于各種深引伸和彎折制造的受禮零件，如銷釘、鉚釘、墊圈、螺母、導管、氣壓表彈簧、篩網(wǎng)、散熱器零件等。 將彎曲部分展開的尺寸及其現(xiàn)狀如圖所 示: 圖2.展開件圖及其尺寸 該工件未標出沖裁件拐角處的圓角，可得到工件的最小圓角半徑R≥0.25t＝0.25×1.2＝0.3mm,因為工件沒有明顯的要求，為了使模具設計簡單，本工件取R=1mm 3工藝方案的確定 該零件所需的沖壓工序是落料，沖孔，彎曲，可以擬定以下三種工藝方案： 方案一：用簡單的模具分三次加工，即落料——沖孔——拉伸 方案二：分兩步，即沖孔落料——拉伸 方案三：用沖孔、落料拉伸級進模 方案一，生產(chǎn)效率低，工件的累計誤差大，操作部方便，由于該工件為大批量生產(chǎn)，方案二，方案三更具有優(yōu)越性。綜合考慮模具的形位精度和尺寸精度，以及生產(chǎn)效率，以及模具的復雜程度，第三種方案比較優(yōu)越，零件是形狀簡單，對稱，容易保證精度。該零件的沖壓生產(chǎn)采用方案三的級進模為佳。 排樣計算 3.1排樣設計 零件的形狀簡單對稱，沒大的變化，選用直排的方式。可以提高材料的利用率，減少廢料。查表2.9取得的搭邊值為1.0，1.2。 計算條料寬度： B=14.5+2×1.2=16.9mm，取17mm 步距；S=30+1=31mm 材料利用率的計算： 根據(jù)一般的市場供應情況，原材料選用1000mm×2000mm×1.2mm銅板，每塊可以剪切成200mm×1000mm規(guī)格的條料10條，材料的利用率可達99.5%。 計算沖壓件毛胚的面積：A=10×11+5×5.5+（14.5/2）×π=302.05mm一個步距的材料利用率η=nA/BS×100% =1×305.05/17×31×100% =57.88% 3.2計算凸，凹模刃口尺寸 查表模具大典表18.3-24得間隙值Zmin=-0.14mm Zmax=0mm 3.2.1沖孔φ8.5凸凹模刃口尺寸的計算 由于制件結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，所以才用凸模凹模分開加工的方法制作凸凹模，凹模刃口尺寸計算如下： 查表2.5得凸，凹模制造公差： δ凸=0.020mm δ凹=0.020mm 校核：Zmax-Zmin=0.14，而δ凸+δ凹=0.04mm 滿足Zmax-Zmin≥δ凸+δ凹的條件 查表2.6得：磨損系數(shù)x=0.5. 按式2.5 d =（dmin+xΔ）=(8.5+0.5×0.14)=8.57mm d=( d+Zmin)=(8.57+0.04)=8.61mm 3.2.2外形凸凹模刃口尺寸的計算 對外輪廓的落料，由于形狀較復雜，故采用配合加工法，這種方法有利于獲得最小的合理間隙，放寬對模具的加工設備的精度要求，其凸凹模刃口部分的尺寸計算如下： 當以凹模為基準件時，凹模磨損后刃口尺寸都增大，因此都屬于A類尺寸。 工件圖中未標注公差的尺寸。查相關文獻得出其極限偏差：10,9.4,5,14.5,30,R2. 查表2.6得磨損系數(shù)X為：當Δ=0.26時，X=0.75； 當Δ=0.20時,X=1； 當Δ=0.3時X=0.75。 按式子A=（A-XΔ） 10=（10-0.75×0.26）=9.805 R2=（2-0.5×0.3）=1.85 5=（5-1×0.2）=4.8 14.5=（14.5-0.75×0.26）=14.305 30=（30-0.75×0.3）=29.775 9.4=（9.4-0.75×0.26）=9.20 落料凸模的基本尺寸與凹模相同，分別是：9.805，9.2，1.85，4.8，14.305，29.775不必標注公差，但是在技術(shù)條件中注明，凸模實際刃口尺寸與凹模配制，保證最小雙面合理間隙值Z=0.14mm。其形狀尺寸如圖 所示： 圖3.沖孔凸模 圖4.沖孔彎曲凸凹模 圖5.凹模尺寸 4彎曲工藝計算 視中性層長度不變條件計算R／t=2.6／1.2=2.33 查表取X=0.45 ρ=r+kt=（2+1.2×0.45）＝2.54 毛坯尺寸L=L+L =7.9756+1.46 =9.4356 4.1凸模圓角半徑 由于此工件的R／t=2／1.2=1.7較小，且R為2mm，大于彎曲半徑（r=0.6t=0.6×1.2=0.72mm）。故凸模圓角半徑為r=R=2mm。 4.2凹模圓角半徑 凹模圓角半徑r一般按材料的厚度t計算選取，因為材料厚度是1.2mm，所以r=（2-3）t，故凹模圓角半徑取r=3.2mm。 4.3凹模工作部分的設計計算 凹模工作部分的深度將決定板料的進模深度，同時也影響到彎曲件直邊的平直度，對工件的尺寸精度造成一定的影響，此彎曲件；直邊高度是1.46mm，板厚1.2mm，查表3.12得底部最小厚度h=4，因此，凹模工作部分深度h=6+4=10mm 4.4凸凹模間隙 當工件精度要求不高或者校正彎曲時，生產(chǎn)中長采用調(diào)整凸凹模間隙的辦法來解決回彈問題。設計彎曲模結(jié)構(gòu)時，把凹模做成可調(diào)式，由于凹模設計為可調(diào)式，故也可以將凹模間隙值Z／2初選為材料的厚度t，即Z／2=1.2mm。 4.5凸凹模模向尺寸及其公差 工件標注外形尺寸時，以凹模為基準進行計算，間隙取在凸模上，查表2.5得，δ=0.02mm，δ=0.02mm.凹模模向尺寸：L=（L-0.75Δ） =（6.4-0.75×0.26） 凸模模向尺寸： L =（ L- Z）=（6.205-2.4）=3.805mm 4.6彎曲回彈值的計算 小變形程度（r／t≥10）時，回彈大，先計算凸模圓角半徑，在計算凸模的高度，大變形程度（r／t＜5）時，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化，彎曲時彎曲中心角為180°查模具大典，取回彈角3° 4.7彎曲力的計算 U形件校正彎曲時，在進行校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力F F=0.7kBtσ／（r+t）=0.7×1.3×9.4×1.2×340／（2.6+1.2）=1.1kN 頂件力F可以近似取彎曲力的30%-80%即F=（0.3-0.8）F=(0.33-0.88)kN取F=0.8kN 校正彎曲時，校正彎曲力的最大值在壓力機工作到下至點的位置，且校正力遠遠大于自由彎曲力，而在彎曲工作過程中二者是同時存在的，因此，查表3.7的P=40Mpa，所以校正力為F校=Ap=（6×6.4）×40=38.4×40=1.536kN 對于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力大的多，故頂件力可以忽略但是這里為了保險起見，在計算壓力機公稱壓力時還是要將頂件力考慮進去。 F≥（1.2-1.3）（F+F）=（1.2-1.3）×（1.536+0.8）=（2.8-3.04）kN 4.8沖壓力的計算 落料力：F=Ltσ=100.6×1.2×340＝41.05kN 沖孔力：F=Ltσ=8.5π×1.2×340＝10.89 kN 沖孔時的推件力F=nk F 取直筒形刃口的凹模刃口形式，有表2.21查得h=6則n===5個 查表2.7得k=0.05 F=nk F=5×0.05×10.89＝2.723kN 落料時的卸料力 F=k F 查表2.7，取k=0.05 故F=k F=0.05×41.05=2.053kN 總的沖壓力為： F= F +F+ F +F+ F+ F=59.756kN 為了保證沖壓力足夠，一般沖裁時壓力機噸位應比計算的沖壓力大30%左右，即F=1.3×59.756=77.6828kN 圖6.沖孔凸模 4.9壓力中心的計算 用解析求模具的壓力中心坐標，按比例畫出工件的尺寸，選用xoy，如圖所示，因為工件左右對稱，即X=0故只需計算Y將工件沖裁周邊分成若干段 L=9.4mm，Y=0； L=20mm, Y=5mm L=4.4mm, Y=10mm L=10mm, Y=12.5mm L=43.02mm ,Y=24.44mm L=26.69mm,Y=22.75mm Y=( L Y+ L Y+ L Y +L Y +L Y +L Y)／(L +L +L+ L +L +L) =16.982mm 5模具總體設計 根據(jù)上述分析，本零件包括沖孔，落料，彎曲三個工序，可以采用級進模，板料以導料板導向，并從剛性卸料板下面送至擋塊右側(cè)定位上模下行時，板料背板料被切斷，并隨即將所切斷的毛坯料彎曲成形，與此同時，沖孔凸模在板料上沖出孔，上?；爻虝r，卸料板卸下板料廢料，推件銷在彈簧的作用下推出工件，U形彎曲件，如圖： 圖6.模具整體裝配 6模具主要零部件的結(jié)構(gòu)設計 凸模，凹模，凸凹模的結(jié)構(gòu)設計 包括以下幾個方面： 6.1落料凸模的結(jié)構(gòu)設計 在落料凸模內(nèi)部，由于設置推件銷，所以凸模刃口設計用直通形刃口，刃口高度h=6mm，該模具的結(jié)構(gòu)簡單易采用整體式 查表2.22得k=0.4 即 凹模高度H=kb=0.4×30=12mm，查看模具設計與制造，取整H=25mm 凹模壁厚C=1.5H=18mm 凹模的外形尺寸的確定：凹模的外形長度L=b+2c=30+2×34=98mm 凹模的外形寬度B=步距+工件寬+2c?。翰骄?12 工件=9.4 凹模整體尺寸的確定： 凹模的外形長度L=98mm 凹模的外形寬度B=12+9.4+2×34=89.4mm 凹模整體尺寸標準化，取為；125×100×25 6.2沖孔φ8.5凸模的設計 為了增加強度和剛度，凸模非工作部分的直徑應該制成逐漸增大的多級形式，且它的外形尺寸較大，所以選用B形圓凸模，凸模固定板厚度取28mm。 6.3凸模的長度根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要來確定。 L=h+h=28+28=53mm 6.4凸凹模的結(jié)構(gòu)設計 本模具為復合沖裁模，除了沖孔凸模落料凹模，還有一堆凸凹模，根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，凸凹模的結(jié)構(gòu)如下圖所示，確定凸凹模安排在模架上的位置時，要依據(jù)計算的壓力中心的數(shù)據(jù)，使壓力中心與模柄中心重合。 7橡皮的選用和計算 橡皮允許承受的復合較彈簧大，且安裝調(diào)試方便，在沖裁模具中應用很廣泛。 7.1橡皮的平面尺寸 平面尺寸按其所產(chǎn)生的壓力計算。 F=S×q 所以S=F/q有此公式可以求出D（F是所需要的卸料力或者頂件力） 式中D——橡皮直徑; S——橡皮的截面積； q——與 橡皮的壓縮量有關的單位壓力，按橡皮的壓縮彈性曲線選用。 7.2橡皮的高度 橡皮的高度必須滿足工藝要求與模具結(jié)構(gòu)空間要求，并考慮橡皮的壽命。 7.2.1橡皮最大壓縮量 橡皮最大壓縮量不宜超過自由高度H的35%—45%。 7.2.2橡皮安裝在模具上 一般應預先壓縮（10%—15%）H，使預壓的壓力達到所需的卸料力。 7.2.3壓縮工作行程 為H1=（25%—30%）H1 橡皮的自由高度為： H=H1/（0.25——0.30） 式中H1——橡皮的壓縮工作行程，由模具結(jié)構(gòu)可知； H橡皮的自由高度。 上式算出的高度按下式校核 7.2.4高度校核 高度校核 0.5≤H/D≤1.5（D為橡皮的直徑 ）。 7.2.5高度范圍 若H＜0.5D，可適當?shù)姆糯箢A壓量，再重新計算；如果H＞1.5D，則將高度分成若干塊，每段間墊宜2鋼墊圈，以免失穩(wěn)。 本模具有三處用到橡皮，它們分別如下圖所示： (1)彈性卸料板 (2)打料桿處彈頂橡皮 (3)落料凸模處彈頂橡皮 8模架的設計 模架的各個零件標記如下： 后側(cè)導柱模架： 上模座：100×100×30 下模座：125×100×35 導柱：22×130 導套：2×80×28 圖7.模架 9沖壓設備的選擇 參考模具大典選擇型號為：J23-10開式雙柱可傾液壓機可以滿足使用要求，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力:100kN 滑塊行程：40mm 最大封閉高度：180mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：35mm 立柱間距：180mm 工作臺尺寸：240×Φ370 墊塊尺寸：35×170 模柄尺寸：Φ30×55 最大傾角35° 10模具設計總結(jié) 我國考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就就在世界領先。1953年，長春第一汽車制造廠在中國首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國于20世紀60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過了溫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數(shù)字，下同。）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。 一、沖壓模具市場情況 我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國發(fā)經(jīng)濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場竟爭激烈。 現(xiàn)將2004年我國沖壓模具市場情況簡介如下： 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(chǎn)出約為220億元，其中出口0.75億美元,約合6.2億元. 根據(jù)我國海關統(tǒng)計資料,2004年我國共進口沖壓模具5.61億美聯(lián)社元,約合46.6億元.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266.6億元.其中國內(nèi)市場需求為260.4億元,總供應約為213.8億元,市場滿足率為82%.在上述供求總體情況中,有幾個具體情況必須說明:一是進口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技術(shù)含量較低中的中低檔模具,因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率,這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn),而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率;二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多,具有一定的竟爭力,因此其在國際市場前景看好,2005年沖壓模具出口達到1.46億美元,比2004年增長94.7%就可說明這一點;三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計資料，因此未能計入上述數(shù)字之中。 二、沖壓模具水平狀況 近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≤1.5μm的精沖模，大尺寸（φ≥300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。 1、 模具CAD/CAM技術(shù)狀況 我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精神模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。 21世紀開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。 模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、九五“期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美國CV公司的CADSS，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 還引進了AutoCAD CATIA 等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)/DL圖的設計和模具結(jié)構(gòu)圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領域。 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技術(shù)大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生實踐中得到成功應用，產(chǎn)生了良好的效益。 快速原型（RP）傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣樣制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，它標志著RPM應用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。 2、模具設計與制造能力狀況 在國家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導下，經(jīng)過幾十年努力，現(xiàn)在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設計制造技術(shù)已在很多模具企業(yè)得到應用。 雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這一些主要表現(xiàn)在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面基本達到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 標志沖模技術(shù)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。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。 但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，仍存在一定差距。 汽車覆蓋件模具制造技術(shù)正在不斷地提高和完美，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術(shù)的應用越來越成熟，可以進行傾角加工超精加工。這些都提高了模具面加工精度，提高了模具的質(zhì)量，縮短了模具的制造周期。 模具表面強化技術(shù)也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術(shù)越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術(shù)在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術(shù)、實型鑄造技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)等日趨成熟。激光切割和激光焊技術(shù)也得到了應用。 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè),是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備.先進國家的模具工業(yè)已擺脫從屬地位,發(fā)展為獨立的行業(yè).日本工業(yè)界認為: “模具工業(yè)是其它工業(yè)的先行工業(yè),是創(chuàng)造富裕社會的動力”.美國工業(yè)界認為:“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”.在德國模具被冠以 “金屬加工業(yè)中的帝王”之稱. 在我國.1998年3月在《國務院關于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》模具被列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位,生產(chǎn)和基本建設序列第二位,把發(fā)展模具工業(yè)擺在發(fā)展國民經(jīng)濟的重要位置.目前,我國沖壓模具在產(chǎn)值占模具總產(chǎn)值的40%以上,處于主導地位. 沖壓是一種先進的少無切削加工方法,具有節(jié)能省材,效率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,重量輕,加工成本低等一系列優(yōu)點,在汽車,航空航天,儀器儀表,家電,電子,通訊,軍工,日用品等產(chǎn)品的生產(chǎn)中得到了廣泛的應用.據(jù)統(tǒng)計,薄板成型后,制造了相當于原材料的12倍的附加值,在國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值中,與其相關的產(chǎn)品占四分之一,在現(xiàn)代汽車工業(yè)中,沖壓件的產(chǎn)值占總產(chǎn)值的59%.隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應用。 在完成大學三年的課程學習和課程、生產(chǎn)實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。經(jīng)過在新飛電器有限公司、在洛陽中國一拖、中信重型礦山機械廠的生產(chǎn)實習，我對于冷沖模具、塑料模具的設計步驟有了一個全新的認識，豐富和加深了對各種模具的結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識，而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解。在指導老師的細心指導下和在工廠師傅的講解下，我們對于模具的設計和制造工藝有了系統(tǒng)而深刻的認識。同時在實習現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并查閱了很多相關資料，通過這些實踐，我們熟練掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。通過在圖書館借閱相關手冊和書籍，更系統(tǒng)而全面了細節(jié)問題。鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設計工作者應有的素質(zhì)。設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。 致謝 首先感謝本人的指導老師原紅玲老師，她仔細審閱了本文的全部內(nèi)容，并對我的設計內(nèi)容提出了許多建設性意見。原紅玲老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。在畢業(yè)設計的過程中，特別是遇到困難時，她給了我鼓勵和幫助，在這里我向她表示真誠的感謝！ 感謝母?！幽蠙C電高等?？茖W校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一定操作技能。 最后，我非常慶幸在三年的的學習、生活中認識了很多可敬的老師和可親的同學，并感激師友的教誨和幫助！ 參考文獻 【1】中國機械工程協(xié)會、李春勝、黃德彬主編.金屬材料手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2004.11 【2】肖祥芷、王孝培主編.中國模具工程大典第4卷.北京：電子工業(yè)出版社，2007.3 【3】機械工業(yè)部編.機械產(chǎn)品目錄（1996）第5卷.北京：機械工業(yè)出版社，1996 【4】王孝培主編.實用沖壓技術(shù)手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.3 【5】中國機械工程學會、中國模具設計大典編委會編.中國模具設計大典（第3卷）.南昌：江西科學技術(shù)出版社，2003.1 【6】任嘉卉主編.公差與配合手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1997.4 【7】王建中、李洪主編.公差與制圖技術(shù)手冊.沈陽：遼寧科學技術(shù)出版社，1999.1 【8】郭成、儲家佑主編.現(xiàn)代沖壓技術(shù)手冊.北京：中國標準出版社，2005.10 【9】中國標準出版社、全國模具標準化技術(shù)委員會編.中國機械工業(yè)標準匯編：沖壓模具卷（下）.北京：中國標準出版社，1998.12 【10】許發(fā)越主編.模具標準應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994.10 【11】林慧國等主編.模具材料應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2004.7 【12】陳錫東、周小玉主編.實用模具技術(shù)手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2001.7 27