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前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 1 1 緒論 1 1 課題背景及意義 本課題內(nèi)容為來自于前端蓋零件沖壓工藝分析與修邊沖孔模設(shè)計 產(chǎn)品零 件外形及整體零件結(jié)構(gòu)較為簡單 其間有孔 拉延及翻邊等結(jié)構(gòu) 設(shè)計中將對 外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的工藝分析 并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行后序俢沖模具設(shè)計 本次畢業(yè)設(shè)計過程中的工藝分析及模具設(shè)計將綜合整理大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的 專業(yè)理論知識并將其運(yùn)用于實(shí)踐設(shè)計之中 從而提高自己的動手能力 以做到 學(xué)以致用 融會貫通 通過本次設(shè)計過程 我將對沖壓模具的設(shè)計有更深的體 會和認(rèn)識 全面整體的了解沖壓模具設(shè)計的過程 以及在設(shè)計中通過各種軟件 對零件及模具進(jìn)行分析優(yōu)化 從而獲得較為完善的加工工藝和理想的模具結(jié)構(gòu) 以適應(yīng)生產(chǎn) 滿足各方面要求 1 2 課題目標(biāo)與工作內(nèi)容 擬訂其工藝路線 根據(jù)其合理的工藝方案 設(shè)計出適用生產(chǎn)的整套模具 通過本次沖壓模設(shè)計進(jìn)一步鞏固理論知識 能根據(jù)實(shí)際情況提出個幾種可行方 案 并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析 比較確定最優(yōu)方案 撰寫設(shè)計說明書 說 明書中要求盡量使用三維圖凸顯制件要求和模具 包括典型零件 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 說明書內(nèi)容要求全面分析得理 計算無誤 結(jié)論正確符合書寫要求 2 當(dāng)前國內(nèi)外模具工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 2 2 1 國內(nèi)外模具技術(shù)現(xiàn)狀 模具在國民經(jīng)濟(jì)中所占據(jù)的地位日益顯著 可以說人類的衣 食 住 行 沒有哪一方面離得開模具 模具是機(jī)械 汽車 電子 通訊 家電等工業(yè)產(chǎn)品 的基礎(chǔ)工藝裝備 屬于高新技術(shù)產(chǎn)品 作為基礎(chǔ)工業(yè) 模具的質(zhì)量 精度 壽 命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用 在國際上稱為 工業(yè)之母 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 作為工業(yè)品基礎(chǔ)的模具工業(yè) 也得到了蓬 勃發(fā)展 已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要產(chǎn)業(yè) 模具工業(yè)不但在國民經(jīng)濟(jì)中占捬 重要地位 在世界市場上也是獨(dú)樹一枝 世界模具市場總體上供不應(yīng)求 市場 需求在600到650億美元 如今 模具工業(yè)的發(fā)展甚至已經(jīng)超過了新興的電子工 業(yè) 模具按制造的產(chǎn)品分類 可以分為塑料模具 又分為注塑模具 鑄壓模具 和吹塑模具 沖壓模具 鑄造模具 橡膠模具和玻璃模具等 其中 尤以注塑 模具和沖壓模具用途廣 技術(shù)成熟 占據(jù)的比重大 伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)也提出了越來越高的要求 汽 車 摩托車 家電行業(yè)等是模具最大的市場 占整個模具市場的60 以上 例如 一種型號的生產(chǎn)線共需要模具4000 6000套 價值達(dá)2億 10億元 一臺電冰 箱需要模具生產(chǎn)的零件約150個 共需要模具約350套 價值約400萬元 單臺彩 電大約有150個零件需用模具生產(chǎn) 共需模具140套 價值達(dá)700萬元 其中所需 模具大部分為注塑模具和沖壓模具 預(yù)計2005年 僅汽車行業(yè)就需要各種塑料 制件36萬噸 電冰箱 洗衣機(jī)和空調(diào)年產(chǎn)量均超過1000萬臺 彩電的產(chǎn)量已超 過3000萬臺 到2010年 在建筑和建材行業(yè)方面 塑料門窗的普及率達(dá)到30 塑料管的普及達(dá)到50 這些都會大大增加對模具的需求重 與國有經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比 差距仍很大 一些大型 精度 復(fù) 雜 長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口 特別是中高檔轎車的覆蓋件模具 目 前仍主要依靠進(jìn)口 一些低檔次的簡單沖模 已趨供過于求 市場竟?fàn)幖ち?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(guān)統(tǒng)計資料 2004年我國共進(jìn)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(yīng)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(jìn)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 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 3 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?fàn)幜?因此其在國際市場前景看好 2005年沖壓模具出口達(dá)到1 46億美元 比 2004年增長94 7 就可說明這一點(diǎn) 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 近年來 我國的模具工業(yè)一盶以每年13 左右的增長速度快速發(fā)展 據(jù)預(yù)測 我國模具行業(yè)在 十五 期間的增長速度將達(dá)到13 15 模具鋼的需求量也 將以每年12 的速度遞增 全國年需求量約70萬噸左右 而國產(chǎn)模具鋼的品種只 占現(xiàn)有國外模具鋼品種的60 每年進(jìn)口模具鋼約6萬噸 我國每年進(jìn)口模具約 占市場總量的20 左右 已超過10億美元 其中塑料與橡膠模具占全部進(jìn)口模具 50 以上 沖壓模具占全部進(jìn)口模具約40 由此可見我國的模具工業(yè)的發(fā)展?jié)?力是巨大的 雖然近幾年來 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平已取得了很大的進(jìn) 步 但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比仍有較大的差距 例如 精密加工設(shè)備還 很少 許多先進(jìn)的技術(shù)如 CAD CAE CAM 技術(shù)的普及率還不高 特別是大型 精密 復(fù)雜和長壽命模具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的發(fā)展需要 縱觀發(fā)達(dá)國家對模具工業(yè)的認(rèn)識與重視 我們感受到制造理念陳舊則是我 國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因 模具技術(shù)水平的高低 決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力 它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 因此 模具是國家重點(diǎn)鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品 現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識 集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分 是國民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè) 其技術(shù) 資金與勞動 相對密集 目前 我國模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 增加高 檔模具的比重 質(zhì)中求效益 提高模具的國產(chǎn)化程度 減少對進(jìn)口模具的依賴 現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展 在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化 優(yōu)質(zhì)模具材料的研究 先進(jìn)的設(shè)計與制造技術(shù) 專用的機(jī)床設(shè)備 更重要的是生產(chǎn)技術(shù)的管理等 21世紀(jì)模具行業(yè)的基本特征是高度集成化 智能化 柔性化和網(wǎng)絡(luò)化 追 求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率 縮短設(shè)計及制造周期 降低生產(chǎn)成本 最大限度地提高模具行業(yè)的應(yīng)變能力 滿足用戶 可見 未來我國模具工業(yè)和 技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⑹?河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 4 大力普及 廣泛應(yīng)用 CAD CAE CAM 技術(shù) 逐步走向集成化 現(xiàn)代模具設(shè) 計制造不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成 更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù) 人和管理的集成 提高大型 精密 復(fù)雜與長壽命模具的設(shè)計與制造技術(shù) 逐步減少模具的 進(jìn)口量 增加模的出口量 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ) 其 大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計制造周期 同時也顯著提高模具的制造精度咎使用性 能 大大地提高模具質(zhì)量 我國模具商品化 標(biāo)準(zhǔn)化率均低于30 而先進(jìn)國家 均高于70 每年我們要從國外進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的模具標(biāo)準(zhǔn)件 其費(fèi)用約占年模具 進(jìn)口額的3 8 發(fā)展快速制造成型和快速制造模具 即快速成型制造技術(shù) 迅速制造出產(chǎn) 品的原型與模具 降低成本推向市場 積極研究與開發(fā)模具的拋光技術(shù) 設(shè)備與材料 滿足特殊產(chǎn)品的需要 推廣應(yīng)用高速銑削 超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝 滿足模具制造的 需要 開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù) 提高模具的可靠性 研究和 應(yīng)用模具的高速測量技術(shù) 逆向工程與并行工程 最大限度地提高模具的開發(fā) 效率與成功率 開發(fā)新的成型工藝與模具 以滿足未來的多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計 技術(shù) 在科技發(fā)展中 人是第一因素 因此我們要特別注重人才的培養(yǎng) 實(shí)現(xiàn) 產(chǎn) 學(xué) 研相結(jié)合 培養(yǎng)更多的模具人才 搞好技術(shù)創(chuàng)新 提高模具設(shè)計制造 水平 在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 逐步走向網(wǎng)絡(luò)化 智能化環(huán) 境 實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造 動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)吆部門發(fā)展的重 要基礎(chǔ)之一 模具訟計水平的高低 加工設(shè)備的好壞 制造能力的強(qiáng)弱 模具 質(zhì)量的優(yōu)劣 直接影響著許多新老產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代 影響著產(chǎn) 品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高 工業(yè)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家 其模具工業(yè)的年產(chǎn)值早已超 過機(jī)床行業(yè)的產(chǎn)值 美國工業(yè)界認(rèn)為 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 日本 模具協(xié)會認(rèn)為 模具是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力 國際模具專家認(rèn)為 模具是金屬加工業(yè)的帝王 難怪模具工業(yè)贏得了 不衰亡工業(yè) 之稱 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 5 在對模具 模具產(chǎn)品 模具工業(yè)有了比較全面的認(rèn)識之后 我們可以得出 一個很明確的認(rèn)識 在科技飛速發(fā)展的今天 模具作為一個高科技產(chǎn)業(yè)對國民 經(jīng)濟(jì) 人們生活和國防建設(shè)都起著極其重要的作用 我國的模具工業(yè)在近年來 得到了長足的發(fā)展 但是總體上和國際先進(jìn)水平比起來還存在較大的差距 我 國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展給模具工業(yè)的發(fā)展提供了一個廣闊的空間和巨大的發(fā)展?jié)摿?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(xué)院和武漢 733廠于1984年共同完成的精沖模 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(xué)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(xué)開發(fā)的冷沖模 CAD CAM 系統(tǒng)也于同年完成 20世紀(jì)90年代 以來 國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設(shè)計制造中開始采用 CAD CAM 技術(shù) 國家科委 863計劃將東風(fēng)汽車公司作為 CIMS 應(yīng)用示范工廠 由華中理工大學(xué)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(jìn)了工作站和 CAD CAM 軟件 系統(tǒng) 并在模具設(shè)計制造中實(shí)際應(yīng)用 取得了顯著效益 1997年一汽引進(jìn)了板 料成型過程計算機(jī)模擬 CAE 軟件并開始用于生產(chǎn) 21世紀(jì)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(diǎn)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(shè)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(jī)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(jìn) 了相當(dāng)數(shù)量 CAD CAM 系統(tǒng) 如美國 DS 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(jìn)了 Auto CAD 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)普邊采用了 CAD CAM 技術(shù) DL 圖 的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計均已實(shí)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(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技 術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域 快速原型 RP 傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟(jì)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(diǎn)合金模具靠樣件澆鑄模具 模具精度低 制件精度低 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 6 樣樣制作難等問題 實(shí)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(biāo)志著 RPM 應(yīng)用于汽車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功 在國家產(chǎn)業(yè)政策 的正確引導(dǎo)下 經(jīng)過幾十年努力 現(xiàn)在我國沖壓模具的設(shè)計與制造能力已達(dá)到 較高水平 包括信息工程和虛擬技術(shù)等許多現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)已在很多模具企 業(yè)得到應(yīng)用 雖然如此 我國的沖壓模具設(shè)計制造能力與市場需要和國際先進(jìn)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(shè)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(shè)計和制造難度大 質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn) 可代表覆蓋件模具 的水平 雖然在設(shè)計制造方法和手段方面基本達(dá)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(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和 多功能模具 是我國重點(diǎn)發(fā)展的精密模具品種 有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具 已基本達(dá)到 國際水平 但總體上和國外多工位級進(jìn)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(shè) 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(yīng)用已越來 越多 NC DNC 技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟 可以進(jìn)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(qiáng)化技術(shù)也得到廣泛應(yīng)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(rèn)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(yīng)用日益增多 真空處理技術(shù) 實(shí)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(yīng)用 隨著與國際接軌的腳步不斷加快 市場競爭的日益加劇 模具制造技術(shù)現(xiàn) 已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 并在很大程度上決定企業(yè)的 生存空間 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度 將技術(shù)進(jìn)步視 為企業(yè)發(fā)展的重要動力 一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD 并陸續(xù)開始使用 UG Pro Engineer I DEAS Euclid IS 等國際通用軟件 個別廠家還引進(jìn)了 Moldflow C Flow DYNAFORM Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件 并 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 7 成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步 我 國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具 如東風(fēng)汽車公司沖模廠 已設(shè)計制造了富康 轎車部分內(nèi)覆蓋件模具 一汽模具中心生產(chǎn)了捷達(dá)王轎車外覆蓋件模具 轎車覆蓋件模具 具有設(shè)計和制造難度大 質(zhì)量和精度要求高的特點(diǎn) 可 代表覆蓋件模具的水平 在設(shè)計制造方法 手段上面已基本達(dá)到了國際水平 模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平 在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步 但在制造質(zhì)量 精度 制造周期和成本方面 與國外相比還存在一定的差距 標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具 是我國重點(diǎn)發(fā)展的 精密模具品種 有代表性的是集機(jī)電一體化的鐵芯精密自動疊片多功能模具 已達(dá)到國際水平 如南京長江機(jī)器制造廠的電機(jī)鐵芯自動疊鉚硬質(zhì)合金多工位 級進(jìn)模具有自動沖切 疊壓 鉚合 計數(shù) 分組 轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜 安全保護(hù)等 功能 凹模采用拼塊式 零備件可互換 常州寶馬集團(tuán)公司的步進(jìn)電機(jī)定轉(zhuǎn)子帶雙回疊片硬質(zhì)合金級進(jìn)模 具有轉(zhuǎn) 子沖片落料 旋轉(zhuǎn) 72 再疊片 定子沖片落料 回轉(zhuǎn) 90 再疊片 以消除 料厚誤差 等功能 這兩項(xiàng)模具精度達(dá) 2 m 步距精度 2 3 m 雙回轉(zhuǎn)精度 1 壽命達(dá)到 1 億次以上 制造周期 5 6 個月 而價格僅為同類進(jìn)口模具的 1 2 1 3 已達(dá)到國際先進(jìn)水平 完全可以替代進(jìn)口 其他如 48 54 68 條腿 集成電路框架多工位級進(jìn)模 電子槍硬質(zhì)合金多工進(jìn)級進(jìn)模 別克轎車安全帶 座式工位級進(jìn)模 空調(diào)器散熱片多工位級進(jìn)模 均達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平 但 總體上和國外多工位級進(jìn)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 在一般沖模方面 浙江慈溪鴻達(dá)電面模具制造中心的鐵芯片復(fù)合沖模 實(shí) 現(xiàn)系列化 標(biāo)準(zhǔn)化 專業(yè)化生產(chǎn) 質(zhì)量穩(wěn)定 模具費(fèi)用較一般低 30 50 交 貨周期 7 20 天 并備有現(xiàn)貨供應(yīng) 在適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)方面邁出了可喜的一步 此 外 許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā) 經(jīng)過多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步 在 提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻(xiàn) 例如 吉林大學(xué)汽 車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析 KMAS 軟件 華中理 工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模 汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模 CAD CAE CAM 軟件 上海交通大學(xué)模具 CAD 國家工程研究中心開發(fā)的冷沖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 8 模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模 CAD 軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少 的用戶 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(dá)國家相比仍有較大的差距 例如 精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的 比重比較低 CAD CAE CAM 技術(shù)的普及率不高 許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用 不夠廣泛等等 致使相當(dāng)一部分大型 精密 復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口 2 2 國內(nèi)外模具技術(shù)上存在的差距 2 2 1 產(chǎn)需矛盾 盡管經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展 我國模具工業(yè)取得較大進(jìn)步 但無論是數(shù)量還 是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要 主要原因有三 設(shè)計和工藝技術(shù)落后 如模具 CAD CAM 技術(shù)采用不普遍 加工設(shè)備數(shù)控 化率低等 專業(yè)化 標(biāo)準(zhǔn)化程度低 模具生產(chǎn)效率不高 周期長 不能滿足市場的需要 2 2 2 企業(yè)結(jié)構(gòu)方面 模具生產(chǎn)企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理 主要生產(chǎn)模具能力集中在各主機(jī)廠的模具分廠 或車間 內(nèi) 模具商品化率低 模具自產(chǎn)自用比例高達(dá) 70 以上 而國外 70 以上模具是商品化 可見在我國冷沖壓模具占居主導(dǎo)地位 作沖壓模設(shè)計十分 必要 2 2 3 產(chǎn)品水平 衡量模具產(chǎn)品水平 主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度 加工模具 的復(fù)雜程度 模具的使用壽命和制造周期等 國內(nèi)外模具產(chǎn)品水平仍有很大差 距 2 2 4 工藝裝備水平 我國機(jī)床工具行業(yè)已可提供比較成套的高精度模具加工設(shè)備 如 加工中 心 數(shù)控銑床 座標(biāo)磨床 三座標(biāo)測量機(jī)等 但在加工和定位精度 加工表面 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 9 粗糙度 機(jī)床剛性 可靠性等方面 跟國外仍有較大差距 2 3 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 進(jìn)入 90 年代以來 高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技 術(shù)的形成和發(fā)展 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展 發(fā)展的方向?qū)?更加突出 精 省 凈 的需求 沖壓成形技術(shù)將更加科學(xué)化 數(shù)字化 可控化 科學(xué)化主要體現(xiàn)在對成形 過程 產(chǎn)品質(zhì)量 成本 效益的預(yù)測和可控程度 成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將 在實(shí)用化方面取得很大發(fā)展 并與數(shù)字化制造系統(tǒng)很好地集成 人工智能技術(shù) 智能化控制將從簡單形狀零件成形發(fā)展到覆蓋件等復(fù)雜形狀零件成形 從而真 正進(jìn)入實(shí)用階段 模具是用來成型物品的工具 這種工具有各種零件構(gòu)成 不同的模具由不同 的零件構(gòu)成 它主要通過所成型材料物理狀態(tài)的改變來實(shí)現(xiàn)物品外形的加工 沖壓與沖模沖壓是在室溫下 利用安裝在壓力機(jī)上的模具對材料施加壓力 使其產(chǎn)生分離或塑性變形 從而獲得所需零件的一種加工方法 在沖壓加工中 將材料 金屬或非金屬 加工成零件 或半成品 的一種特殊工藝裝備 稱為沖壓模 具 沖模在實(shí)現(xiàn)沖壓加工中是必不可少的工藝裝備 與沖壓件是 一模一樣 上 午關(guān)系 若沒有符合要求的沖模 就不能生產(chǎn)出合格的沖壓件 沒有先進(jìn)的沖模 先進(jìn)的沖壓成形工藝就無法實(shí)現(xiàn) 在沖壓零件的生產(chǎn)中 合理的沖壓成形工藝 先進(jìn)的模具 高效的沖壓設(shè)備是必不可少的三要素 沖壓加工與其他加工方法相比 無論在技術(shù)方面 還是在經(jīng)濟(jì)方面 都具有許 多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 生產(chǎn)的制件所表現(xiàn)出來的高精度 高復(fù)雜程度 高一致性 高生 產(chǎn)率和低消耗 是其他加工制造方法所不能比擬的 但需要指出的是 由于進(jìn)行 沖壓成形加工必須具備相應(yīng)的模具 而模具是技術(shù)密集型產(chǎn)品 其制造屬單位小 批量生產(chǎn) 具有難加工 精度高 技術(shù)要求高 生產(chǎn)成本高的特點(diǎn) 所以 只有 在沖壓零件生產(chǎn)批量大的情況下 沖壓成形加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn) 從而獲得 好的經(jīng)濟(jì)效益 由于沖壓加工具有上述突出特點(diǎn) 因此在批量生產(chǎn)中得到了廣泛 的應(yīng)用 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位 是國防工業(yè)及民用工業(yè)中必不 可少的加工方法 沖模分類根據(jù)工藝性質(zhì)可分為 沖裁模 彎曲模 拉深模 成型模 沖裁模 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 10 是指沿封閉或長空的輪廓線使材料產(chǎn)生分離的模具 如落料模 沖孔模 切斷 模 切口模 切邊模 剖切模等 彎曲模是指板料毛坯或其他坯料沿著直線或彎 曲線產(chǎn)生彎曲變形 從而獲得一定角度或形狀的工件的磨具 拉深模是把板料毛 坯制成開口空心件進(jìn)一步改變形狀和尺寸的模具 成型模具是指將毛坯或半成品 工件按凸凹模的形狀直接復(fù)制成形 而材料本身僅產(chǎn)生局部塑性變形的模具 根據(jù)工序組合成都分 可分為單工序模 復(fù)合模 和級進(jìn)模 單工序模是指 在壓力機(jī)的一次行程中 只完成一道沖壓工序的模具 復(fù)合模是指只有一個工位 在壓力機(jī)的一次行程中 在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 級 進(jìn)模又稱連續(xù)模 是指在毛坯的送進(jìn)方向上 具有兩個或更多的工位 在壓力機(jī)的 一次行程中 在不同的工位上逐次完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具 沖模的零部件通常模具由兩類零件組成 一類是公益零件 這類零件直接參 與工藝過程的完成并和坯料有直接接觸 包括工作零件 定位零件 卸料與壓料 零件等 另一類是結(jié)構(gòu)零件 這類零件不直接參與完成工藝過程 也不和坯料直接 接觸 只對模具完成工藝過程起保證作用 或?qū)δ＞吖δ芷鹜晟谱饔?包括導(dǎo)向零 件 緊固零件 標(biāo)準(zhǔn)件及其他零件等 沖壓件工藝分析產(chǎn)品零件圖是分析和制定沖壓工藝方案的重要依據(jù) 設(shè)計沖 壓工藝過程要從分析產(chǎn)品的零件圖人手 分析零件圖包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個方面 沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性分析沖壓加工方法是一種先進(jìn)的工藝方法 因其生產(chǎn)率高 材 料利用率高 操 作簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛使用 由于模具費(fèi)用高 生產(chǎn)批量 的大小對沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用 批量越大 沖壓加工的單件成本就 越低 批量小時 沖壓加工的優(yōu)越性就不明顯 這時采用其他方法制作該零件可能 有更好的經(jīng)濟(jì)效果 例如在零件上加工孔 批量小時采用鉆孔比沖孔要經(jīng)濟(jì) 有 些旋轉(zhuǎn)體零件 采用旋壓比拉深會有更好的經(jīng)濟(jì)效果 所以 要根據(jù)沖壓件的生 產(chǎn)綱領(lǐng) 分析產(chǎn)品成本 闡明采用沖壓生產(chǎn)可以取得的經(jīng)濟(jì)效益 沖壓件的工藝性分析沖壓件的工藝性是指該零件在沖壓加工中的難易程度 在技術(shù)方面 主要分析該零件的形狀特點(diǎn) 尺寸大小 精度要求和材料性能等因素 是否符合沖壓工藝的要求 良好的工藝性應(yīng)保證材料消耗少 工序數(shù)目少 模具 結(jié)構(gòu)簡單 且壽命長 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 操作簡單 方便等 在一般情況下 對沖壓件 工藝性影響最大的是沖壓件結(jié)構(gòu)尺寸和精度要求 如果發(fā)現(xiàn)零件工藝性不好 則 應(yīng)在不影響產(chǎn)品使用要求的前提下 向設(shè)計部門提出修改意見 對零件圖作出適 合沖壓工藝性的修改 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 11 沖壓件零件圖的分析分析零件圖還要明確沖壓該零件的難點(diǎn)所在 對于零件 圖上的極限尺寸 設(shè)計基準(zhǔn)以及變薄量 翹曲 回彈 毛刺大小和方向要求等要特 別注意 因?yàn)檫@些因素對所需工序的性質(zhì) 數(shù)量和順序的確定 對工件定位方法 模具制造精度和模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 都有較大影響 沖壓工藝設(shè)計沖壓工藝設(shè)計是針對具體的沖壓零件 首先從其生產(chǎn)批量 形 狀結(jié)構(gòu) 尺寸精度 材料等方面入手 進(jìn)行沖壓工藝性審查 必要時提出修改意 見 然后根據(jù)具體的生產(chǎn)條件 并綜合分析研究各方面的影響因素 制定出技術(shù)經(jīng) 濟(jì)性好的沖壓工藝方案 其設(shè)計流程主要包括沖壓件的工藝分析和沖壓工藝方 案制定兩大方面的內(nèi)容 在綜合方析 研究零件成形性的基礎(chǔ)上 以材料的極限 變形參數(shù) 各種變形性質(zhì)的復(fù)合程度及趨向性 當(dāng)前的生產(chǎn)條件和零件的產(chǎn)量質(zhì) 量要求為依據(jù) 提出各種可能的零件成形總體工藝方案 根據(jù)技術(shù)上可靠 經(jīng)濟(jì) 上合理的原則對各種方案進(jìn)行對比 分析 從而選出最佳工藝方案 包括成形工序 和各輔助工序的性質(zhì) 內(nèi)容 復(fù)合程度 工序順序等 并盡可能進(jìn)行優(yōu)化 國內(nèi) 外沖壓模具發(fā)展趨勢及其行業(yè)特點(diǎn) 國內(nèi)沖壓現(xiàn)狀與發(fā)展方向目前 我國沖壓技術(shù)與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相 當(dāng)落后 主要原因是我 國在沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝 模具標(biāo)準(zhǔn)化 模具設(shè)計 模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家尚有相當(dāng)大的差距 導(dǎo)致我國模具在 壽命 效率 加工精度 生產(chǎn)周期等方面與先進(jìn)工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距 相當(dāng)大 隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高 沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種 少批量 復(fù)雜 大型 精密 更新?lián)Q代速度快的變化特點(diǎn) 沖壓模具正向高效 精密 長 壽命 大型化方向發(fā)展 為適應(yīng)市場變化 隨著計算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展 沖壓模具設(shè)計與 制造技術(shù)正由手工設(shè)計 依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計算機(jī)輔助設(shè) 計 CAD 數(shù)控切削加工 數(shù)控電加工為核心的計算機(jī)輔助設(shè)計與制造 CAD CAM 技術(shù)轉(zhuǎn)變 至今 我國模具制造行業(yè)的產(chǎn)值已經(jīng)超過機(jī)床工業(yè) 有 關(guān)板料沖壓技術(shù)方面的問題愈來愈為人們所關(guān)注 相應(yīng)的沖壓工藝?yán)碚摰难芯考?沖壓加工機(jī)理的探討也隨之不斷深化 如何從沖壓工序基本應(yīng)力與變形狀態(tài)的分 析著手 改善沖件的質(zhì)量精度 并提高模具的使用壽命也就顯得愈為重要 國外模具發(fā)展趨勢 1988 年美國日本 西德的模具產(chǎn)值分別達(dá)到 62 億美元 83 億美元 4 億美元 比 1957 年增長了約 100 倍 并超過了這些國家機(jī)床工業(yè) 的產(chǎn)值 據(jù)有關(guān)資料介紹 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中 對模具的需求量日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 12 益增多 美國 日本約有 4050 的工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)需用模具國際市場中模具的貿(mào) 易量十分可觀 近年來 由于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的工費(fèi)用增加 模具生產(chǎn)有向東南亞國 家轉(zhuǎn)移的趨勢 日本的生產(chǎn)以高 精模具為主 需要人工勞動量大的模具則依靠 進(jìn)口解決 以模具出口大國日本為例 其 1980 年模具進(jìn)口額為 24 98 億日元 至 1989 年已上升到 132 32 億 11 元 十年間提高了 5 3 倍由此可見 中低 檔模具的國際市場潛力十分巨大 只要我國模具的質(zhì)量能有提高 交貨期能有保 證 模具出口的前景是十分樂觀的 此外 國際市場對塑料模具模架及模具標(biāo)準(zhǔn)件 的需求量也很大 目前我國只有塑料模具模架有少量出口 模具行業(yè)特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 模具行業(yè)已由勞動密集型逐步轉(zhuǎn)化為 技術(shù)勞動密集型 盡管模具行業(yè)已應(yīng)用了先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備 檢驗(yàn)儀器和計算機(jī)輔 助設(shè)計 分析 制造軟件 但仍然需要高技藝的勞動 所以 模具行業(yè)又是高技術(shù) 和高技藝緊密結(jié)合的一十行業(yè) 為適應(yīng)不同制品的需要 模具的種類繁多 從設(shè) 計 制造工藝 裝備以至原材料都各不相同所以企業(yè)生產(chǎn)的模具宜專而不宜全 規(guī) 模宜小而不宜大 模具基本上是單件生產(chǎn) 即使是生產(chǎn)專業(yè)化的模具企業(yè) 在生 產(chǎn)同一類 模具時 也會由于不同模具的精度要求 復(fù)雜程度 加工難度等的不同 而需要變化設(shè)備的配置和工程的安排 因此 模具企業(yè)還應(yīng)在專業(yè)化的基礎(chǔ)上實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)的素性化三 市場分析據(jù)國際生產(chǎn)協(xié)會預(yù)測 到 2009 年工業(yè)品零件粗加 工的 75 精加工的 5 將由模具成型 可見模具在工業(yè)生產(chǎn)中的作用將日益重要 工 業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具行業(yè)在近四十年來取得了異常迅速的發(fā)展 已擺脫了屬地位而 成為獨(dú)立的行業(yè) 并成為基礎(chǔ)工業(yè)的重要組成部分 模具設(shè)計及加工技術(shù)的現(xiàn)狀 模具設(shè)計技術(shù) 1 工業(yè)發(fā)達(dá)國家在模具設(shè)計上已經(jīng)大量使用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件進(jìn)行模具的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 并普及了計算機(jī)繪圖 據(jù)有差資料介紹 美國和日本 75 的模具廠已 使用了技術(shù) 香港的模具廠也開始采用這項(xiàng)技術(shù) 2 在注塑模具設(shè)計中 已開始普及應(yīng)用計算機(jī)輔助工程分析軟件 對塑料的流 動 填充 冷卻情況及模具的澆口配置 澆道大小 冷卻加熱系統(tǒng)和模具的剛度 強(qiáng) 度等進(jìn)行科學(xué)的分析和計算 從而保證注塑制品的質(zhì)量與合理的生產(chǎn)節(jié)拍 3 國外的注塑模具中 多型腔 多層 大型精密模具已占 50 不僅提高了生產(chǎn) 效率 而且節(jié)省了大量塑料原料 模具加工技術(shù)國外已大量使用數(shù)控機(jī)床 應(yīng)用計算機(jī)輔助加工軟件和數(shù)控編 程技術(shù)對模具 特別是對具有復(fù)雜型腔 三維曲面 的模具進(jìn)行加工 使模具的質(zhì) 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 13 量和附加值大為提高 模具的加工周期減少 6 以上 成本降低 3 以上 生產(chǎn)效率 提高 60 以上為了提高加工效率及滿足各種復(fù)雜曲面加工的要求 國外已開發(fā)出 四軸和五軸的數(shù)控自動編程軟件并且進(jìn)了實(shí)用階段 模具標(biāo)準(zhǔn)化程度日益提高 模具標(biāo)準(zhǔn)模架及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用日益普及 已實(shí)現(xiàn)商品化 模具結(jié)構(gòu)更多地采 用新技術(shù) 如注塑模具的熱流道技術(shù)等 針對不同制品的要求 開發(fā)出適用于各 種不同模具的專用模具鋼 并實(shí)現(xiàn)商品化 根據(jù)模具生產(chǎn)的特點(diǎn) 模具企業(yè)向小 而專的方向發(fā)展 如日本現(xiàn)有 11656 家模具企業(yè) 小廠有 11142 家 占總數(shù)的 95 5 百人以上的僅有 65 家 占總數(shù)的 54 韓國有 1570 家模具企業(yè)僅占總數(shù) 的 9 新加坡有 460 家模具企業(yè)僅占總數(shù)的 3 香港有 6500 家模具企業(yè)也占總 數(shù)的 0 46 復(fù)合模具復(fù)合模具是在壓力機(jī)的一次行程下 可以同時完成多道工序的沖裁 模 復(fù)合模具具有生產(chǎn)效率成倍提高 提高沖壓件的質(zhì)量 對模具制造精度要 求較高等的特點(diǎn) 復(fù)合模具可分為以下幾類 沖裁類復(fù)合模如落料 沖孔復(fù)合模 切 斷 沖孔復(fù)合模等 成形類復(fù)合模如彎曲復(fù)合模 復(fù)合擠壓模等 沖裁與成形復(fù) 合模如落料 拉深復(fù)合模 沖孔 翻邊復(fù)合模 拉深 切邊復(fù)合模 落料 拉深 沖孔 翻邊復(fù)合模等 選擇復(fù)合模的原則由以下幾點(diǎn)因素決定 生產(chǎn)批量復(fù)合模可以成倍地提高生 產(chǎn)效率 生產(chǎn)批量越大 提高生產(chǎn)效率就越顯得重要 沖壓工件精度當(dāng)沖壓工件 的尺寸精度或同軸度 對稱度等位置精度要求較高時 應(yīng)考慮采用復(fù)合模 復(fù)合 工序的數(shù)量一般復(fù)合模的復(fù)合工序數(shù)量在四工序以下 更多的工序?qū)?dǎo)致模具結(jié) 構(gòu)過于復(fù)雜 同時模具的強(qiáng)度 剛度 可靠性也將隨之下降 制造和維修更加困 難 模具結(jié)構(gòu)的大小復(fù)合模的大小不同 其采用的結(jié)構(gòu)和板塊會有繁簡的差異 而且脫料裝置也不一樣 注重產(chǎn)品制造全過程 最大程度地實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)全局綜 合優(yōu)化 優(yōu)化將從傳統(tǒng)的單一成形環(huán)節(jié)向產(chǎn)品制造全過程及全生命期的系統(tǒng)整 體發(fā)展 對產(chǎn)品可制造性和成形工藝的快速分析與評估能力將有大的發(fā)展 以便從 產(chǎn)品初步設(shè)計甚至構(gòu)思時起 就能針對零件的可成形性及所需性能的保證度 作出快速分析評估 沖壓技術(shù)將具有更大的靈活性或柔性 以適應(yīng)未來小指量多品種混流生產(chǎn) 模式及市場多樣化 個性化需求的發(fā)展趨勢 加強(qiáng)企業(yè)對市場變化的快速響應(yīng) 能力 重視復(fù)合化成形技術(shù)的發(fā)展 以復(fù)合工藝為基礎(chǔ)的先進(jìn)成形技術(shù)不僅正在 從制造毛坯向直接制造零件方向發(fā)展 也正在從制造單個零件向直接制造結(jié)構(gòu) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 14 整體的方向發(fā)展 加入 WTO 以后 中國的汽車工業(yè) 航空航天工業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)必將有大的 發(fā)展 我國的沖壓行業(yè)既充滿發(fā)展的機(jī)遇 又面臨進(jìn)一步以高新技術(shù)改造傳統(tǒng) 技術(shù)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)事業(yè)將向沖壓成形技術(shù)的發(fā)展提出更多 更新更高的要求 我國的板料加工領(lǐng)域必須加強(qiáng)力量的聯(lián)合 加強(qiáng)技術(shù)的綜合 與集成 加快傳統(tǒng)技術(shù)從經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)化轉(zhuǎn)化的進(jìn)程 加速人才培養(yǎng) 提升技術(shù) 創(chuàng)新能力 提高沖壓技術(shù)隊(duì)伍的整體素質(zhì)和生產(chǎn)企業(yè)的競爭力 2 4 數(shù)字化成形技術(shù)的發(fā)展 先進(jìn)成形技術(shù)是在傳統(tǒng)成形技術(shù)的基礎(chǔ)上 以計算機(jī)為支柱 綜合利用信 息 電子 材料 能源 環(huán)境工程等各項(xiàng)高新技術(shù)及現(xiàn)代管理技術(shù) 有利于最 終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命期綜合優(yōu)化的沖壓成形技術(shù) 是能越大程度地達(dá)到 精 省 凈 目標(biāo) 獲得高綜合效益的成形技術(shù) 發(fā)展先進(jìn)成形技術(shù)的關(guān)鍵在于 大力發(fā)展沖壓成形過程的計算機(jī)分析仿真技術(shù) CAE 并行工程 CE 并行工作模式逐步取代傳統(tǒng)的串行順序式工作模式 計算機(jī)輔助過程分析仿真 CAE 是 20 世紀(jì)后期對于金屬成形最具重大意 義的技術(shù)進(jìn)步之一 其核心是有限元分析技術(shù) 以有限元法為基礎(chǔ)的沖壓成形過程中計算機(jī)仿真技術(shù)或數(shù)值模擬技術(shù) 以 沖壓模具設(shè)計 沖壓過程設(shè)計與工藝參數(shù)優(yōu)化提供了科學(xué)的新途徑 將是解決 復(fù)雜沖壓過程設(shè)計和模具設(shè)計的最有效手段 國外大型企業(yè)的應(yīng)用步伐非常迅 速 而汽車工業(yè)走在前列 現(xiàn)已逐漸成熟 用于模具設(shè)計和試模的時間減少 50 以 上 美國 GM 居世界領(lǐng)先地位 數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢可概括如下 進(jìn)一步提高模擬計算的精度和速度 重點(diǎn)突破回彈精確預(yù)測 發(fā)展快速有 限元模擬技術(shù) 實(shí)現(xiàn) 當(dāng)天工程 甚至 2 小時工程 同時加強(qiáng)基礎(chǔ)研究 解決復(fù)雜變形路徑等基礎(chǔ)性問題 降低軟件對人員專業(yè)素質(zhì)的要求 目前市場軟件功能強(qiáng)大 主要面向分析 師 買了先進(jìn)軟件系統(tǒng) 不一定能獲得好的模擬結(jié)果 面向中小企業(yè) 推廣更 加困難 降低軟件對硬件平臺的要求 目前 幾乎著名的沖壓模擬軟件都已完成向 微機(jī)版的轉(zhuǎn)化 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 15 加強(qiáng)初始化設(shè)計環(huán)節(jié)的研究 初始化設(shè)計環(huán)節(jié) 初始方案 作為計算分 析的起點(diǎn)和修改的基礎(chǔ) 至今仍需要靠有經(jīng)驗(yàn)的人員完成 迫切需要發(fā)展知識 庫工程 KBE 將專家系統(tǒng) ES 人工智能技術(shù) AI 與有限元模擬軟件 相結(jié)合 實(shí)現(xiàn)智能化初始工作 減少對工藝專家的依賴 加強(qiáng)基礎(chǔ)試驗(yàn) 材料性能本構(gòu)關(guān)系 摩擦狀態(tài) 缺陷判據(jù)等數(shù)據(jù)來自試驗(yàn) 其真實(shí)性 準(zhǔn)確性是限制模擬分析達(dá)到可靠精度的重要因素 進(jìn)一步向產(chǎn)品沖壓制造系統(tǒng)擴(kuò)展 實(shí)現(xiàn)制造全過程 全生命期的綜合優(yōu)化 目前 成形過程分析 仍重在解決成 形 問題 未來 將同時向改 性 發(fā) 展 實(shí)現(xiàn)變形方式 成形過程及成形后性能的綜合優(yōu)化 普及 CAE 技術(shù)勢在必行 CAD 技術(shù)經(jīng)過 5 10 年的大力普及 基本解決了 手工繪圖問題 未來 5 10 年 CAE 技術(shù)的普及將勢在必行 中小機(jī)械制造企 業(yè) 70 多萬家 沖壓 模具企業(yè)為數(shù)甚大 以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)的任務(wù)十分 艱巨 結(jié)合產(chǎn)業(yè)調(diào)整 統(tǒng)籌規(guī)劃 需要提上日程 3 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 零件如圖 3 1 所示 零件名稱 前端蓋 零件簡圖 如下圖3 1所示 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 16 生產(chǎn)批量 大批量 零件材料 08鋁 材料厚度 1 5mm 圖3 1 4 工藝計算及主要參數(shù)確定 4 1 主要工藝參數(shù)計算 沖壓力的計算 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 17 a 修邊 落料 力 F 修 1 3Lt 式中 F 修 修邊 落料 力 N t 板料厚度 mm 材料抗剪強(qiáng)度 由有關(guān)手冊查得 300Mpa L 工件輪廓周長 mm L D 則修邊力 F 修 1 3Lt 1 3 3 14 248 1 5 300N 455551 2 N b 卸料力 F 卸 K 卸 F 落 式中 K 卸 卸料力系數(shù) 其值由 沖模設(shè)計技法及典型 實(shí)例解析 表 3 17 查得 K 卸 0 04 則卸料力為 F 卸 0 04 455551 2N 18222 05 N c 沖孔力 F 沖 1 3Lt L D 3 14 26 81 64 mm 則沖孔力為 F 沖 1 3 81 64 1 5 300 47759 N d 沖孔卸料力 F 卸 沖 K 卸 F 沖 式中 K 卸 卸料力系數(shù) 其值由表 3 17 查得 K 卸 0 04 則卸料力為 F 卸 沖 0 04 47759 1910 36 N e 推料力 F 推 n K 推 F 沖 式中 F 推 推料力 N n 卡在凹模里工件的個數(shù) n h t 其中 h 為凹模刃壁垂直部分高度 mm t 為料厚 mm 選擇如圖所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 18 圖 4 1 刃口形式 取 h 6 則 n h t 6 1 5 4 個 查表 3 17 取 K 推 0 05 故 F 推 4 0 05 47759 9551 8 N 故總沖壓力為 F 總 F 修 F 卸 F 沖 F 卸 沖 F 推 455551 2 18222 05 47759 1910 36 9551 8 N 532994 41 N 533 KN 沖壓設(shè)備的選擇 按公稱壓力來選取壓力機(jī) 這里選用公稱壓力為 630KN 也就是 63 噸的壓 力機(jī) 的開式雙柱可傾壓力機(jī) J23 63 其主要技術(shù)參數(shù)為 公稱壓力 630KN 滑塊行程 130mm 最大閉合高度 360mm 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 19 閉合高度調(diào)節(jié)量 80mm 工作臺尺寸 480mm 710mm 模柄孔尺寸 50mm 80mm 4 2 主要工作部分尺寸確定 4 2 1 修邊 落料 刃口尺寸計算 根據(jù) 沖模設(shè)計技法及典型實(shí)例解析 表 3 7 查得 沖裁刃口的雙面間隙 Zmin 0 15mm Zmax 0 19mm 248mm 凸 凹模的制造公差由 沖模設(shè)計技法及典型實(shí)例解析 表 3 18 查得 凸 0 03mm 凹 0 045mm 零件公差 0 46mm 由于 凸 凹 Zmax Zmin 故采用凸模與凹模配合加工方法 系數(shù) x 由表 3 19 查得 x 0 5 則 D 凹 D x 0 248 0 5 0 46 0 045 0 247 77 0 045 0 mm D 凸按凹模配作 其雙面間隙為 0 15 0 19mm 其工作部分結(jié)構(gòu)尺寸如圖 4 2 4 3 所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 20 凸 模 凹 模 按 凸 模 配 作 留 雙 面 間 隙 0 15 0 19 圖 4 2 凸模 圖 4 3 凹模 4 2 2 沖孔工作部分尺寸計算 對于工件未注公差可按 IT14 級計算 26mm 的 IT14 級的公差查 互換 性與技術(shù)測量 表 2 1 得 0 52mm 26mm 凸凹模的制造公差由表 沖模設(shè)計技法及典型實(shí)例解析 表 3 18 查得 凸 0 020mm 凹 0 025mm 由于 凸 凹 Zmax Zmin 故采用凸模與凹模配合加工方法 系數(shù) x 由 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 21 表 3 19 查得 x 0 5 則 d 凸 d x 0 凸 26 0 5 0 52 0 0 02 25 74 0 0 02 mm d 凹按凸模配作 其雙面間隙為 0 15 0 19mm 4 3 彈性元件的設(shè)計計算 已知前端蓋零件修邊 沖孔復(fù)合模所需要的沖孔卸料力 1910 36N 初步確 定彈簧數(shù)量為 4 個 根據(jù)該模具已確定 4 根彈簧 得到每根彈簧分擔(dān)的卸料力為 F0 F 卸 沖 n 1910 36 4 477 59N 從 沖模設(shè)計技法及典型實(shí)例解析 表 2 15 初步選用 45 號規(guī)格圓鋼絲彈 簧 得 D 40mm d 6mm t 9 9mm F2 1200N H2 20 4mm H 60mm 則由公式 H0 F0 H2 F2 得到彈簧的預(yù)壓縮量 H0 477 59 20 4 1200 8 1mm 因推件塊 卸料板 的工作行程 H 工 t 1 1 5 1 2 5mm 取凸凹模修磨量 H 修 5mm 則由公式 H2 H 0 H 工 H 修 8 1 2 5 5 15 6 H2 20 4 所以選彈簧基本滿足要求 裝配高度 H H0 60 8 1 51 9mm 由公式 n1 H d t 得 n1 60 6 9 9 5 5 圈 4 4 模具的總體設(shè)計 前端蓋零件修邊 沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)如圖所示 主要由上模座和下模座 修 邊凸模和修邊凹模 沖孔凸模和凹模 切刀 上頂塊 打桿 上墊板和下墊板 彈簧等零件組成 根據(jù)主要工作部分尺寸 結(jié)構(gòu)及彈性元件的尺寸 參照有關(guān) 資料的標(biāo)準(zhǔn) 選取 I 級精度的中間導(dǎo)柱圓形模架 即 模架 400 245 290 I GB T 2851 6 凹模周界 D0 400mm 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 22 閉合高度 H 245 290mm 上模座 400mm 55mm HT200 GB T 2855 11 下模座 400mm 65mm HT200 GB T 2855 12 導(dǎo)柱 A45h5 230 mm 40Cr GB T 2861 1 A50h5 230mm 40Cr GB T 2861 1 導(dǎo)套 A45h6 140 53mm 40Cr GB T 2861 6 A50h6 140 53mm 40Cr GB T 2861 6 下墊板厚度 30mm 上頂塊兼卸料板厚度 37 5mm 上墊板厚度 12mm 切刀 30 20 28 T10A GB T 2868 1 1981 模具閉合高度 H 模 261mm 導(dǎo)柱 導(dǎo)套滲碳深度為 0 8 1 2mm 硬度為 58 62HRC 修邊凸模和修邊凹模 沖孔凸模和凹模材料采用 Cr12 熱處理硬度凸模為 58 60HRC 凹模為 60 62HRC 上下墊板 上頂塊 打桿等均采用 45 鋼 熱處理硬度 43 48HRC 4 5 模架閉合高度的校核 模架整體閉合高度 Hm 261mm 壓力機(jī)的最大閉合高度為 249mm 封閉高度調(diào)節(jié)量為 80mm 壓力機(jī)的裝模高度必須符合模具閉合高度的要求 即 Hmax 5mm Hm H min 10mm 式中 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 23 Hmax 壓力機(jī)的最大裝模高度 mm Hmin 壓力機(jī)的最小裝模高度 mm Hm 模具閉合高度 mm 考慮到上下模座的高度有 290 5 H m 249 10 故模具的閉合高度滿足要 求 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 24 5 模具結(jié)構(gòu)方案的確定 5 1 修邊模設(shè)計的基本原則 1 模具結(jié)構(gòu)和模具材料應(yīng)與制件批量相適應(yīng) 2 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)模架和模具零件 3 模架的平面尺寸 除與凹模尺寸相符 還應(yīng)與壓力機(jī)臺面尺寸及開孔大小 相符 4 刃口尖角處宜用鑲塊 既便于加工 也可防止應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂 5 安裝于模具內(nèi)的彈簧 在結(jié)構(gòu)上應(yīng)能保證彈簧斷裂時不致蹦出傷人 6 修邊模的定位 7 對于大型落料與修邊?；驔_件內(nèi)孔有窄小凸出與凹槽時 應(yīng)采用鑲塊結(jié)構(gòu) 5 2 模具結(jié)構(gòu)方案 修邊沖孔?？刹捎靡话愕幕窘Y(jié)構(gòu)形式 修邊凹模鑲塊和沖孔凸模裝在上 模座 修邊凸模和廢料刀裝在下模座 凸模旁對稱布置 4 個廢料切刀 切刀刃 口應(yīng)低于凸模刃面約 3 5 倍料厚 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計如下 導(dǎo)向裝置 導(dǎo)柱和導(dǎo)套導(dǎo)向 頂件裝置 使用頂出器頂件 卸料裝置 采用彈簧以及推件快進(jìn)行卸料 連接與固定 大部分零件用螺釘連接固定 定位裝置 通過形狀對板料定位 廢料切刀 廢料切刀是修邊鑲塊的組成部分 修邊廢料是用廢料刀切斷的 鑲 塊式廢料刀是利用修邊凹模鑲塊的結(jié)合作為一個廢料刀刃口 相應(yīng)的在修邊凸 模鑲塊外面裝廢料刀作為另一個廢料刃口組成鑲塊式廢料刀 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 25 5 3 模具功能分析 本套模具是修邊沖孔模 模具裝在開式雙柱可傾壓力機(jī) J23 63 上 模具閉 合高度為 261mm 上下底板的尺寸為 400 55mm 400 65mm 設(shè)計出的模具 要在壓床上運(yùn)動 因此 模具的設(shè)計要考慮到壓床上 下臺面的形狀和尺寸 以便設(shè)計出的模具能夠正確的安裝在壓床上 壓床的上下臺面上都有螺栓 它 是用來固定上 下模板的 因此上下模板上都有用來固定的壓板槽 綜合考慮模具結(jié)構(gòu)和成本 該模具采用鑲塊結(jié)構(gòu) 對于大型和復(fù)雜形狀的 沖模 采用鑲塊結(jié)構(gòu)是合理的 這不但節(jié)約貴重的工具鋼 使模具易損部位更 換方便 且能解決無法鑄造大鋼料 熱處理變形等問題 并便于采用成型磨削 是制造簡單化 但模具的裝配比較困難 為了便于制造和維修 修邊凸模鑲塊和沖孔凹模鑲塊應(yīng)做成兩體 這時 還可以將凸模鑲塊局部開槽或開孔 放入沖孔凹模 但是必須考慮是否會影響 凸模鑲塊強(qiáng)度和熱處理變形等 在這種情況下鑲塊可設(shè)計的短一些 以便更換 模具的修邊凸模 修邊凹模關(guān)系如圖所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 26 凹 模凸 模 按 凹 模 配 作 留 雙 面 間 隙 0 15 9 5 4 模具總體結(jié)構(gòu) 5 4 1 模架的選擇 由新編實(shí)用沖壓模具設(shè)計手冊表 10 32 可知 本次沖壓模具設(shè)計的模架應(yīng) 選為中間導(dǎo)柱圓形模架 5 4 2 緊固件的選擇 沖模中用到的緊固件主要是螺釘和銷釘 都是標(biāo)準(zhǔn)件 本次沖壓模具設(shè)計 的螺釘?shù)囊?guī)格參考新編實(shí)用沖壓模具設(shè)計手冊表 2 70 螺釘?shù)墓Q直徑可按與 螺釘大徑相同或小一規(guī)格來選取 螺釘?shù)男肷疃纫话闳∑涔Q直徑的 1 5 2 倍 5 4 3 模柄的選擇 由壓力機(jī)的型號 J23 6 3 開式雙柱可傾壓力機(jī) 可查得模柄孔的直徑為 50 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 27 深度為 80 為了不和導(dǎo)柱相沖突 所以該模柄大徑要加工為 65 由裝配要求 模 柄與模柄孔配合為 H7 m6 模柄長度比模柄孔深度小 5 10mm 由于凹模周界所 以根據(jù) GB2862 3 81 模具的裝配圖如圖所示 模具的工作過程如下 當(dāng)沖床在上止點(diǎn)時將制件放入凹模 制件依靠周邊 廢料刀及型面定位 機(jī)床上滑塊下行 壓件器首先將制件壓貼在凸模上 彈簧 被壓縮 落料凸模與制件接觸 進(jìn)行沖孔工序 廢料直接從模具底部卸出 隨 后進(jìn)行修邊工序 即彈簧壓縮 推件塊上移 進(jìn)行修邊的處理 沖裁下來的廢 料為圓形 套在修邊凸模上 并在切刀的作用下分成 4 個圓弧形廢料 實(shí)現(xiàn)廢 料的卸出 機(jī)床滑塊正好到下止點(diǎn) 此時廢料被完全切斷并滑落到工作臺面上 沖孔 修邊工序完成后上模座上移 凸模 凹模分開 制件卡在凸模沖孔里 在打桿 推件塊和彈簧的作用下滑塊回程 制件從凸模中托起 取出制件 完 成整個修邊沖孔過程 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 28 模具制造操作及維護(hù) 由于模具的制造成本比較高 所以在模具制造和操 作及維護(hù)中都要求用科學(xué)的方法去選擇制造模具的材料和制造模具的合理科學(xué) 的工藝過程 這樣可以使得模具的壽命延長 減少零件的制造成本 對模具材料的要求是必須有足夠的硬度和耐磨性 模具工作部分的材料的 硬度 經(jīng)過熱處理后必須高于材料的兩倍以上 因此 沖壓模具的工作部分的 硬度一般要求達(dá)到 54HRC 以上 沖壓模的正常失效方式是磨損 凸 凹模在使用一段時間后 有時可以明 顯的看出其磨損現(xiàn)象 例如 沖裁凸模和凹模刃口變鈍 棱角變圓 在刃口附 近的平面或規(guī)則曲面因磨損變成凹面或凸面和不規(guī)則曲面 在拉深凹?；驔_裁 凸 凹模的工作表面上出現(xiàn)粘結(jié)瘤和剝落坑等 這些現(xiàn)象的大多數(shù)是因黏著磨 損造成的 少數(shù)為磨粒磨損 表面疲勞磨損和腐蝕磨損較少 所以在選擇材料 時應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)從降低黏著磨損的角度去考慮 模具在使用中 因磨損使工作部分尺寸發(fā)生變化 影響沖壓質(zhì)量 所以要 求模具材料有良好的耐磨性 以保證磨具的壽命 模具的耐磨性以及模具材料 的硬度及碳化物的種類 數(shù)量 形狀 分布等有關(guān) 對模具材料的要求必須滿足一定的硬度和韌度 模具在工作的時候 往往 受到很大的沖擊 所以要求模具材料有足夠的強(qiáng)度和韌性 此外 還要求模具 要有良好的加工工藝性能 結(jié)論 前端蓋零件的修邊沖孔模設(shè)計 29 沖壓模具課程設(shè)計即將結(jié)束 在這次課程設(shè)計中通過參考查閱有關(guān)模具設(shè) 計方面的資料 請教各位老師有關(guān)方面的問題 使我對各種沖壓模具的各種成 型方法 成型零件的設(shè)計 成型零件的加工工藝 主要工藝參數(shù)的計算 產(chǎn)品 缺陷及其解決辦法 模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及零部件的設(shè)計都有了進(jìn)一步的理解 和掌握 在這次課程設(shè)計中我學(xué)會了許多課本之外的東西 那就是遇事多動腦 密切與其他同學(xué)合作 并且注意學(xué)習(xí)其他人的長處 吸收老師的經(jīng)驗(yàn) 找到解 決問題的途徑 進(jìn)入 90 年代以來 高新技術(shù)全面促進(jìn)了傳統(tǒng)成形技術(shù)的改造及先進(jìn)成形技 術(shù)的形成和發(fā)展 21 世紀(jì)的沖壓技術(shù)將以更快的速度持續(xù)發(fā)展 沖壓成形技術(shù) 將更加科學(xué)化 數(shù)字化 可控化 科學(xué)化主要體現(xiàn)在對成形過程 產(chǎn)品質(zhì)量 成本 效益的預(yù)測和可控程度 成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)將在實(shí)用化方面取得 很大發(fā)展 與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比 沖壓加工無論在技術(shù)方面 還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 沖壓加工在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 尤其是大 批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛 相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產(chǎn)品零部件 如汽車 農(nóng)機(jī) 儀器 儀表 電子 航空 航天 家電及輕工等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖 壓件所占的比重都相當(dāng)?shù)拇?少則 60 以上 多則 90 以上 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(zhì)量輕 剛度好的沖壓件所 代替 因此可以說 如果生產(chǎn)中不諒采用沖壓工藝 許多工業(yè)部門要提高生產(chǎn)效 率和產(chǎn)品質(zhì)量 降低生產(chǎn)成本 快速進(jìn)行產(chǎn)品更新?lián)Q代等都是難以實(shí)現(xiàn)的 沖 模在沖壓中至關(guān)重要 沒有符合要求的沖模 批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行 沒有 先進(jìn)的沖模 先進(jìn)的沖壓工藝就無法實(shí)現(xiàn) 沖壓工藝與模具 沖壓設(shè)備和沖壓 材料構(gòu)成沖壓加工的三要素 只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件 致謝 經(jīng)過一段時間的畢業(yè)設(shè)計 最終能得以順利完成