變壓器硅鋼片零件的冷沖壓模設(shè)計-落料模含SW三維及8張CAD圖,變壓器,硅鋼片,零件,沖壓,設(shè)計,落料模含,sw,三維,cad 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 聶杰聰 學(xué) 號： 0800110220 指導(dǎo)教師單位： 機電工程學(xué)院 姓 名： 韋荔浦 職 稱： 實驗師 2012年05月20日 拓撲優(yōu)化的模具為高強度減重板料沖壓成形過程 技術(shù)部門的可塑性,上海交通大學(xué)華山路1954,上海200030、公關(guān)。 機械工程學(xué)系,西北大學(xué)、伊利諾州埃文斯頓,美國 歷史條:在2011年1月4日被收錄，在2012年1月6號修訂后被收錄，正式接受的日期是2012年3月19日 關(guān)鍵詞：減重模具拓撲優(yōu)化數(shù)值模擬實驗驗證 高強度鋼日益用于汽車車身結(jié)構(gòu)以提高燃油效率和行車安全。為了保持高剛度和形成條件下成形載荷、沖壓模具的設(shè)計有較大的結(jié)構(gòu)尺寸和厚可能導(dǎo)致體重較重的模具。針對模具重量/節(jié)省成本,使最需要剛度、一個拓撲優(yōu)化方法,提出了基于固體各向同性微觀結(jié)構(gòu)在(SIMP),以減少重量的關(guān)鍵模具組件。在優(yōu)化、多重加載條件下形成的位置在不同被認為是保證在上述提到的最大撓度極限位置值。此外,互動行為模具組成部分之間考慮進化反映實際接觸。一個腳底杯,驗證了設(shè)計方法。 通過拓撲優(yōu)化、重量壓邊減小28.1%。基于優(yōu)化結(jié)果,邊是重新設(shè)計,加工,沖壓試驗結(jié)果表明,零件沖壓缺陷形成具有相同的壓邊力、厚差之間原有的和新沖壓件沿橫截面是小于0.06毫米,如下。4.29%的初始毛坯厚度。這表明,該方法能有效地減少體重和維護模具衍生沖壓零件成形性能。 2012年教育部博士點基金有限公司版權(quán)所有。 1. 介紹： 輕便的產(chǎn)品被視為一個有前途的手段,提高能源利用效率從1990年代初期開始,[1]。最近,先進的高強度鋼(展現(xiàn)出了具有初始屈服應(yīng)力超過500 MPa[2]利用越來越受到的目的是為了實現(xiàn)汽車輕考慮購買力的整體表現(xiàn),安全和環(huán)境友好。溫和的鋼相比,然而,通常的高強度鋼沖壓模具荷載施加較高。特別是,展現(xiàn)出了一個硬度與4 - 5倍高于輕度鋼[2]的顯著影響生產(chǎn)工具和模具設(shè)計。應(yīng)付所需的額外的力/壓力形成展現(xiàn),工程師經(jīng)常想擴大規(guī)模支持元素在沖壓模具和選擇更好的材料來的正常運行。不幸的是,這也直接增加整體重量和間接增加模具的制造成本和營運成本。因此,一個人的關(guān)鍵要求閃光的是- - - - - -建立一個新的系統(tǒng)的模具設(shè)計方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)經(jīng)驗的模具材料的高效,因此減少模具亡的重量。 研究人員最近定性研究其所模具的結(jié)構(gòu)——行為沖壓工藝。壓邊力最重要的參數(shù)之一,影響成形壓邊的撓度分布不均勻會導(dǎo)致壓邊力和明顯影響成形性空白,即使偏轉(zhuǎn)量非常小的[3]。此外,回彈的關(guān)鍵問題之一是影響其工作質(zhì)量元件郵票,張丹和林[7]中發(fā)展了一種解析解回彈最小沖壓件由剛性沖床、彈性變形模具。此外按在沖壓工藝和定義他們分為兩類。新聞界的撓度變形或按框架和全球的沖壓工具被視為宏觀設(shè)備,而微觀設(shè)備意味著信息所產(chǎn)生的直接在表面形成的工具,通常是一個或兩個命令量值大于低宏觀-變形。 為了研究模具結(jié)構(gòu)偏斜丁曉萍。[9]先應(yīng)用有限元法(FEM)在紙上金屬模具的設(shè)計過程進行了預(yù)測,并提出-模具結(jié)構(gòu)和應(yīng)力加載條件所致。隨后,全三維有限元法離散化是用來證實的強度和剛度的沖壓模具(第十條、第十一條],協(xié)助設(shè)計[12,13],確定所需的壓力/噸位[14],并準確地預(yù)測回彈[15]的撓度時形成的工具和出版社是考慮。然而,兩個主要的缺點應(yīng)注意的問題。一方面,如果成形有限元模擬是完全加上模具結(jié)構(gòu)分析采用彈性定義,不是標準剛性工具的定義、網(wǎng)格建模的努力和計算會很耗時。另一方面,模具結(jié)構(gòu)分析使用載荷邊界提取成形過程的模擬結(jié)果與傳統(tǒng)的剛性模具的定義或許不是很準確,它仍然需要大量的足夠努力建模工具為精細三維網(wǎng)格在結(jié)構(gòu)分析。因此,三個變形剛體簡化模型(DRB),靜力凝聚(SC)和系接觸(TC),提出了加快仿真[16、17]?？紤]到計算精度、時間、擊打丁曉萍。[17]表明TC模型優(yōu)于其他模型。 在實驗研究已經(jīng)開展測量模具的結(jié)構(gòu)撓度和力量在沖壓工藝條件。張丁曉萍。[11]丁曉萍。[18]開發(fā)出一種動態(tài)應(yīng)變DAQ系統(tǒng)使用應(yīng)變規(guī)跟蹤撓度和驗證模擬結(jié)果成形模具,分別。王建民(19)附上一套小型遙控數(shù)據(jù)采集單元的組成和菌株沖壓模具關(guān)鍵地點被收集并比較與仿真預(yù)測。那就是:永遠,這些技術(shù)不能有能力測量應(yīng)變之間的接觸表面,形成板料的工具。為克服這一缺點,分布式嵌入式傳感器被利用來實時獲得的接觸壓力分布界面基于薄板樣條插值方法(TPS)[20 - 22)。 以往研究表明這是必要的調(diào)查模具變形行為在沖壓工藝對模具結(jié)構(gòu)強度的驗證和成形質(zhì)量的改進。提高能源效率的沖壓工藝,非常有必要減少模具重量同時保持其完整性。一些研究人員也指出模具結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果可作為指導(dǎo)改進模具設(shè)計模具結(jié)構(gòu)和減輕體重(11、18、19) 進一步-更多的,研究人員介紹了拓撲優(yōu)化方法在優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)?？紤]到壓力分布在最后一步的繪畫,解和陽(23)建立了一個簡化的欄目模型獲得優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)及模具重量減少使用田口方法。尼爾森醫(yī)生[24] 拓撲優(yōu)化卡車蓋模具考慮兩種負荷操作和運輸結(jié)構(gòu)的剛度和提高減輕體重。 修改后的模具結(jié)構(gòu)更不僅顯示,總體應(yīng)力分布-我們也認識到大約15%,大約20%的最大位移減少體重下降。他們的作品強烈表明拓撲優(yōu)化方法能有效減少總重量的工業(yè)沖壓模具。然而,一個限制是零件在成形有限元模擬被確定為剛性,而就提供了一個約-模仿模具的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。陳等人[25]。成功地達到了54.5%的質(zhì)量降低粘結(jié)劑的雙曲型底杯模具拓撲優(yōu)化方法采用基于提出的總體負載映射算法。該算法把反力在沖壓模具和空白之間拓撲優(yōu)化仿真模型的基礎(chǔ)上對模具結(jié)構(gòu)靜力等效的原則。盡管全球映射算法進行了驗證荷載的測點[11],這是相當昂貴的計算資源條件。因此,有必要開發(fā)一種新的算法來克服這個缺陷進行拓撲優(yōu)化沖壓模具。 上述工作的巨大潛力證明利用拓撲優(yōu)化方法在模具重量減少,但是以下幾個方面必須考慮的方法來延長工業(yè)應(yīng)用。首先,的彈性變形工具不能完全忽略了在沖壓仿真獲得更準確的加載條件下,因此,沖壓零件的質(zhì)量就可以得到更好的評估。第二,必須毫不動搖地模型之間的交互沖床、粘結(jié)劑,由于可能的彈性變形和傾斜刀具在形成過程。此外,歷史上的載荷分布在整個模表面需要被考慮獲得全局優(yōu)化的動態(tài)載荷作用下,反映在沖壓工藝。最后一點,更多的研究需要檢查實驗驗證的性能優(yōu)化和模具真正空白的成形質(zhì)量。 本篇論文,我們提出一個方法來全球模具結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化模型之間的相互作用,模具零部件和動態(tài)加載歷史在沖壓工藝。獨特的方法集映射算法局部負荷與拓撲優(yōu)化方法。方法將詳細解釋了第一。一個空白的持有者的專門設(shè)計杯拉拔模將被用來評估其有效性和可行性,經(jīng)過兩個數(shù)值模擬研究的方法和實驗驗證。 2. 方法 這部分說明了該設(shè)計方法對模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。結(jié)合分析方法形成拓撲優(yōu)化使用一個高效的映射算法這兩種數(shù)值工具之間。使用這種方法,優(yōu)化了模具結(jié)構(gòu)的前提下形成的性能。圖1描述了該方法的程序流程圖。左手邊的流程圖顯示主要階段的方法和流程在右邊黑色物體的迭代過程中使用了拓撲優(yōu)化方法。一個設(shè)計將開始與當前最好的練習(xí),這是通?；跇藴屎?或設(shè)計師的經(jīng)驗。然后板料沖壓成形過程進行模擬將獲得表面負荷條件下對模具結(jié)構(gòu)。隨后,表面負荷將被轉(zhuǎn)移到模具結(jié)構(gòu)分析模型邊界條件的力量利用發(fā)達地區(qū)負荷映射算法。根據(jù)分析結(jié)果的模具結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)行為揭示了成形過程中,然后設(shè)計模具結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的空間將被認定。拓撲優(yōu)化技術(shù)是用來實現(xiàn)優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。自從獲得結(jié)構(gòu)是一種概念設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計必須保證正確率。最后,一個檢測周期將用于保證優(yōu)化結(jié)構(gòu)的性能后重新設(shè)計模具結(jié)構(gòu)。 2.1. 映射算法局部負荷 值得注意的是,使用有限元網(wǎng)格模型仿真和模具亡的沖壓工藝分析是完全不同的由于客戶的具體要求。對板料成形有限元模擬、模具幾何特征滿面,小的地方,比如魚片是復(fù)雜的,但仍需要精細網(wǎng)狀成形性分析的。然而,在模具——結(jié)構(gòu)分析,對模具的某些特征臉可以簡化由于其有限的影響模具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。這樣的簡化有助于減少所有的元素數(shù)量和提高計算效率。要克服高內(nèi)存需求的全球載荷映射算法[26],局部負荷的實現(xiàn)算法,自動映射是這里發(fā)展起來和有效轉(zhuǎn)移反應(yīng)力獲得模具沖壓模擬面臨邊界元素分析和優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。程序的實現(xiàn)算法進行了總結(jié)如下： 步驟1:三角邊界的邊界表面的三維實體元素在結(jié)構(gòu)分析工具,然后用對齊工具沖壓模擬網(wǎng)格在同一坐標系統(tǒng)。 第二步:把節(jié)點沖壓模擬網(wǎng)格節(jié)點集根據(jù)成不同的情緒智商。(1)。 (1) 在s的數(shù)量是節(jié)點集,n是總額嗎?模具表面邊界節(jié)點,P是最大的允許處理節(jié)點的數(shù)量確定的分配的內(nèi)存,“[]”代表四舍五入操作。 第三步:項目接觸力計算模擬沖壓成形過程中各節(jié)點的節(jié)點組硅(我?第1、2、……,s)的工具在最近點網(wǎng)格上的模具結(jié)構(gòu)三角形單元邊界。 第四步:將投射接觸力從那個特定的節(jié)點指向三個三角形單元的靜態(tài)等效的原則。 , i=1,2,...,s-1 (2) 在m的數(shù)目節(jié)點提取的模具表面模具結(jié)構(gòu)元素分析,總體目標負荷矩陣,目標是組成部分負荷矩陣,矩陣的硅負荷相對應(yīng)的形函數(shù)變換矩陣。 第五步:總結(jié)映射結(jié)果,顯示在Eq。(3)。 (3) 總形函數(shù)在哪里總變換矩陣和初始荷載矩陣。 2.2。 拓撲優(yōu)化方法 拓撲優(yōu)化的有效手段之一是找到最優(yōu)布局連續(xù)體結(jié)構(gòu)在指定的區(qū)域與尊重到預(yù)定的設(shè)計目標?；靖拍畈町愑?種常用的方法:均化方法、漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化(ESO)和密度的方法。均化方法在連續(xù)體拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu),直接刺激了在這個領(lǐng)域中的研究。然而,由于強度計算能力的要求,它沒有被廣泛地采用。ESO是拓撲優(yōu)化的計算方法開發(fā)和史蒂文·謝(29歲)。雖然ESO方法簡單易行,可以很容易的實施到任何普通的有限元程序,所得到的最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)高度取決于去除指定的數(shù)量和比例的初始因素。人工材料模型提出了一種從工程的角度來看,它的相對密度被假設(shè)為成正比的人造有效彈性模量,感興趣區(qū)。在密度法、固體各向同性微觀結(jié)構(gòu)在懲罰(SIMP)[31]和合理近似材料性質(zhì)(漸變)[32]是兩個常用插值方法。我們將采用SIMP法在分析假定模具結(jié)構(gòu)的彈性變形,這種方法將簡短概括。 一般來說,連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化,制定符合最低限度問題[31]。讓內(nèi)部的虛擬工作的彈性體(u,v型)和平衡你任意一個虛擬位移v被表示為 (4) 在設(shè)計領(lǐng)域是阿,Eijkl(x)是設(shè)計變量在這個領(lǐng)域,eij(u)和(5)是彈性ekl處于彈性物體歸因于靜態(tài)場u,v和虛擬位移場,分別。工作完成后,通過外荷載作用在結(jié)構(gòu)上可以表示為一個 (5) 在f是身體的力量和t是牽引的部分邊界的牽引的邊界。最低合規(guī)(最大的總體剛度)表示如下: l(u) (6) 這里的平衡方程寫在其脆弱的傳統(tǒng)形式。你是指利用上界的空間位移場,r(x)是相對密度,代表一個給定的各向同性彈性模量材料,p罰因子、V的總量和設(shè)計領(lǐng)域的相對密度的局限性,為了避免可能奇異的解決方案。當解決問題的形式的情緒智商。(6)通過有限元方法、拓撲優(yōu)化與一個卷約束表示 (7) 使用C語言的代表是否結(jié)構(gòu)總剛度矩陣K是嗎,你是指其相對濃度6凡流元素,k0e是6凡流的剛度矩陣元素,F和你這個匯流的力和節(jié)點位移,分別指ue元素位移矢量,N是元素的總量,V是物料體積優(yōu)化后,fV是體積約束結(jié)構(gòu)定義體積、值是最初的設(shè)計域體積和已經(jīng)是6凡流的體積元素。 3。個案研究 在這個章節(jié),杯拉拔模說明圖1顯示的程序,用實例驗證了該方法的有效性,通過數(shù)值模擬。圖二顯示幾何形狀的杯。 部分對稱相對于Y-Z平面和有一個 Z方向特征可能導(dǎo)致穿孔傾斜通過翻譯在Y軸方向。 圖2。原理圖杯:(一)x - y的看法:L = 181 mm,W = 194毫米和(b)Y-Z觀點:H = 42 mm,S = 16毫米,R1 = 16.5毫米,R2 = 13.5毫米,R3 = 123.5毫米。 3.1。 成形過程模擬 大多數(shù)板料沖壓成形仿真模型忽略的彈性變形工具和之間的相互作用在成形過程的工具,但這種模式已逐漸成為與持續(xù)的增長不能使用高速鋼和展現(xiàn)出了更高的成形力由于(有時可以高出2 - 3次輕度的鋼)和模具結(jié)構(gòu)偏斜。因此,有必要建立一個更好的沖壓仿真模型來克服這一缺點。 改進后的仿真模型已研發(fā)出LS -動力學(xué)和半模型見圖3。所有的工具除了沖頭?；癁閯傮w。立體元素被用來模型沖頭為了調(diào)查之間的互動行為沖床和邊由于沖床傾斜或彈性變形沖壓本身。有五個一體化殼單元厚度方向芽體被用來模型初始板料在1.4毫米厚度。此外,適應(yīng)網(wǎng)格策略3精致水平空白申請整個成形有限元模擬。庫侖摩擦模型被用來模型之間的相互聯(lián)系的身體。Barlat屈服函數(shù)模型的[33]被選中如下: 在a,c,K1和K2是由R00參數(shù)、R45,和R90 sY。 sY是最初的屈服應(yīng)力。推薦m = 6通信材料。表格1和2顯示材料的特性。 力之間的相互作用的歷史沖床和邊成形仿真是顯示在圖4,他們主要來自兩個沖床傾斜的維度和彈性變形沖壓本身。演化的力量相互作用可分為四個時期(I-IV)。 圖3。沖壓仿真模型的原理與夾具和空白的配置。 圖4。進化之間相互作用的力沖床和壓邊。 沒有交互力都戴板壓邊在階段我哪里淺杯成立(直到斯托克城小于16.5毫米)。然而,拉延成形收益、相互作用的力量出現(xiàn)在滑板在Y軸方向的壓邊在第二和第三階段,并且達到了最大值點在3。然后沖頭逐漸傾斜Y方向的改變,從其負面方向III期。因此,沖床和之間的接觸壓邊發(fā)生的滑板在側(cè)及相互作用的力量達到最大值負Y軸方向5點。不同板料成形狀態(tài)點上2、3和5個同樣顯示在插圖,如圖4。 3.2。 載荷映射結(jié)果 載荷映射策略是在第2.1節(jié)介紹沖壓模擬之間的橋梁和模具的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化。在空白載荷分布在三種不同工況的持有者,即分二、三、五圖4中,負荷映射后如圖。5(a),(b)和(c)分別。箭頭方向箭頭代表負荷方向與負載大小長度反映。 比較的演變之間互動部隊沖床和壓邊顯示在章節(jié)3.1,發(fā)現(xiàn)映射結(jié)果圖。負荷的特點5恰當?shù)孛枋龈淖兎较虻南嗷プ饔玫牧α?。在非均勻載荷分布壓邊面主要是由于厚度變化對法蘭空白區(qū)域。 3.3。 拓撲優(yōu)化沖壓模具的組成部分 目前,沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)標準指南。實踐所面臨的挑戰(zhàn)的時候成形新工藝新材料或受雇。顯然,拓撲優(yōu)化是其中一個最強大的工具來優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)使設(shè)計達到更好的性能,尤其是從質(zhì)量降低。在這部分,邊的覆蓋件拉延模具顯示杯之前,將用于實例分析和驗證。詳細說明了優(yōu)化程序在圖1。 3.3.1。拓撲優(yōu)化模型 模具結(jié)構(gòu)的目的是找到最小拓撲優(yōu)化模具質(zhì)量的體積分數(shù)表示。這樣做的目的是表達如下: 圖5 在空白持有人載荷分布在不同的形成階段。(一個)點2:中風在16.5毫米(b)點3:中風在39.5毫米,(c)點5:中風在42毫米 在w *最大結(jié)點位移優(yōu)化后,0是最初的最大結(jié)點位移,是用來平衡系數(shù)之間的關(guān)系和結(jié)構(gòu)性能質(zhì)量降低。一個結(jié)構(gòu)性能指標,顯示在Eq。(10),提出了一種價值選擇。 索引代表在SP的結(jié)構(gòu)、性能指標f減少優(yōu)化后減少的體積分數(shù),snmax和最大應(yīng)力smax分別在優(yōu)化結(jié)構(gòu)和最初的結(jié)構(gòu),Cnmax和Cmax最大遵守的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和最初的結(jié)構(gòu),分別。一個更高的SP指標意味著結(jié)構(gòu)具有更好的行為在兩個減重、結(jié)構(gòu)性能。 邊進行了建模元素在25416年和1608 6-node磚棱柱元件。為了保持生產(chǎn)力優(yōu)化幾何,整個壓邊分為設(shè)計空間和其空間如圖 圖6?？臻g的定義,其設(shè)計空間。 圖6。其空間的面積在材料接觸的空白在形成過程或一些結(jié)構(gòu)特點,指導(dǎo)袖子、頂出針所在。余下的空間的定義是為進一步的拓撲優(yōu)化設(shè)計的空間。根據(jù)工程最佳實踐,筋的寬度定義在10 - 60毫米。 3.3.2?；诙鄠€加載拓撲優(yōu)化狀況 如圖5、沖壓過程是一個動態(tài)的過程,和最大局部負荷和載荷分布在整個沖壓工藝是相當?shù)淖兞?。因?在考慮多個關(guān)鍵加載條件下優(yōu)化是必要的。在這種情況下,重要的階段被認為是在分二、三、五,如圖4。圖7顯示在它們各自的拓撲優(yōu)化結(jié)果與相同荷載值。資料分布載荷的力量在考慮分二、三、五有其自身的特征。因此,必須采取多種荷載約束轉(zhuǎn)化為考慮為了使優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿足所有關(guān)鍵工況下整個過程。 3.3.3。選擇有價值的 一個值的測定在模具拓撲優(yōu)化是至關(guān)重要的。一個價值之間的關(guān)系,并提出了結(jié)構(gòu)性能指標研究了SP指數(shù),如圖8,同時讓所有其它工藝參數(shù)不變。雖然具有降低減體積分數(shù)的一個值越發(fā)增加,其結(jié)構(gòu)性能指標迅速減少。一個= 2.0是最大值在這種情況下,因為SP值指標差異of1.8,1.9和2.0都小于0.5。很明顯,SP指數(shù)達到了最大值當= 1.2被錄取了。 3.3.4。拓撲優(yōu)化結(jié)果 邊結(jié)構(gòu)主要是受到壓邊力和變量相互作用的力量。作為一個結(jié)果,三個典型工況點上2、3和5例采用邊界條件的力量在拓撲優(yōu)化。收斂準則定義為Eq。(11): (kt1)是在fV的體積分數(shù)在(k + 1)日迭代,fV(k)的體積分數(shù)在kth迭代,wnk + 1時為最大的結(jié)點位移的kt1)日迭代,0是最初的最大節(jié)點位移、e和Z是設(shè)置值分別為0.005和0.01。經(jīng)歷22迭代計算是融合在體積分數(shù)68.6%。最優(yōu)結(jié)構(gòu)如圖邊是第九。 圖7 .拓撲優(yōu)化結(jié)果的幾個關(guān)鍵工況下不同形成的位置。 圖8。進化的結(jié)構(gòu)性能指標和體積分數(shù)的不同的值減少。 圖9。拓撲優(yōu)化的結(jié)果在多種荷載邊的約束。 圖10。底結(jié)構(gòu)優(yōu)化壓邊。 圖11。結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化壓邊之前和之后。 3.3.5。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 因為拓撲優(yōu)化結(jié)果,如圖9只提供一種概念設(shè)計和最佳的材料分布,進一步應(yīng)努力重新設(shè)計該結(jié)構(gòu)。介紹了切切削技術(shù)獲得在不同的章節(jié)及幾何Z方向,其空間仍保留。底部結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計如圖邊是十。比原結(jié)構(gòu)、優(yōu)化壓邊實現(xiàn)體重下降了28.1%左右。圖11表明,優(yōu)化后的最大撓度符合初始邊仍在約束條件下的Eq。(9)和最大應(yīng)力的一個可接受的增加,這將不會惡化的結(jié)構(gòu)安全。 4。實驗驗證 兩種壓邊圈與原和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的制造,以找出實際績效差異之前和之后的拓撲優(yōu)化方法。圖12顯示分布的盲孔和腔底側(cè)的優(yōu)化壓邊繼CAD模型。如圖10。 此外,動態(tài)應(yīng)變DAQ系統(tǒng)顯示在圖13成立。動態(tài)應(yīng)變指標是用來轉(zhuǎn)換應(yīng)變壓邊模擬電壓信號。一個工業(yè)A / D采集卡與電腦連接被用來收集了成形過程中電壓信號。進一步-更多的,一個DAQ顯示軟件開發(fā)的實時數(shù)據(jù)采集和存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理。應(yīng)變規(guī)系特征性的地點之間沒有接觸空白和工具、工具和工具是存在的。因此,三應(yīng)變計的位置猛獸如圖。13歲。特別是,地點(A)和(B)在對稱位置是檢查的準確性、可靠性,這一實驗系統(tǒng)。 圖12。底結(jié)構(gòu)的優(yōu)化壓邊。 5。討論 圖14顯示比較實測負荷曲線(黑線和藍色線)使用不同的壓邊圈。研究發(fā)現(xiàn),一般的演變趨勢的負荷曲線使用初始和優(yōu)化壓邊圈具有良好的相關(guān)性,但一點區(qū)別最后階段。不同的是直接誘發(fā)的減少可能是物流的結(jié)構(gòu)剛度降低歸因于優(yōu)化壓邊。另外,也提供了沖壓工藝模擬相當準確了負荷曲線——利用初始壓邊(紅色線)。圖。15實驗的比較表明,等效應(yīng)力在地點b在優(yōu)化壓邊,應(yīng)力增加最中間的拉拔工藝,但差異小于5帕。在早期的階段,并且最后階段的拉延成形,之間的變異量和初始的最優(yōu)解的要低得多。 圖14。實驗比較負荷曲線的模具。(參考色解釋在這個圖里,讀者主要是指網(wǎng)絡(luò)版本的這篇文章。) 圖13。DAQ系統(tǒng)動態(tài)應(yīng)變和應(yīng)變計的位置的猛獸 圖。15。實驗比較位置之間的A、B之前和之后的優(yōu)化。 圖16所示。試驗和優(yōu)化結(jié)果比較。(a)和(b)處地點C。 圖17。厚度測量在14立場部分對稱截面沿沖壓。 圖18。厚度比較前后14位置優(yōu)化。 優(yōu)化壓邊是評估字的結(jié)構(gòu)性能和空白的成形質(zhì)量。仿真結(jié)果的等效應(yīng)力演化的地點和C在兩個壓邊圈與實驗值比較,如圖16歲。它顯示了負荷曲線預(yù)測或測量一個地點或C的一個優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)還是跟著老的趨勢,論證了非常小的變化。這意味著應(yīng)力分布優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)具有較少的改變。另一方面,壁厚分布在14芽體Y-Z節(jié)沖壓零件沖壓模具的初步形成的最優(yōu)壓邊或測定,如圖17和18。結(jié)果相比,利用原有壓邊,變異的平均厚度不改變但最嚴厲的稀疏的較大。然而,最大的差異降低厚度只有0.06毫米測點在5。一般來說,優(yōu)化壓邊結(jié)構(gòu)不僅不會大大影響模具結(jié)構(gòu)的性能,而且不會改變很多空白成形質(zhì)量方面的厚度減小。因此,提出了模具結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法是可行的。 6。結(jié)論 一個基于SIMP展現(xiàn)出了拓撲優(yōu)化方法,提出了沖壓模具進行了論述。與以前的作品相比,該方法不僅考慮了彈性變形和傾斜的關(guān)鍵模具部件,但是也考慮到了互動行為的工具在沖壓工藝仿真建模為了獲得更準確的邊界力條件對模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。此外,多個關(guān)鍵負荷案例在成形過程的參與模具結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化,使優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿足客戶的不同要求在沖壓工藝。數(shù)值仿真和試驗杯底部空白持有人在拉拔模杯執(zhí)行細節(jié)和有效性的驗證方法的可行性。拓撲優(yōu)化結(jié)果表明:減28.1%實現(xiàn)與稍稍有點區(qū)別模具的結(jié)構(gòu)性能和空白的成形質(zhì)量。因此,它表明,模具拓撲優(yōu)化方法有助于減少總重量的沖壓模具。 致謝 研究基金由國家重點科技項目具體從工業(yè)和信息化部授予中國通過技術(shù)ZX04014 nos。2010 - 072和2011 ZX04016 - 051,經(jīng)由中國國家自然科學(xué)基金不予通過。51075269。 參考 [1]科爾、謝爾曼是。輕質(zhì)材料為汽車工業(yè)。提出1995年神韻,35(1):3 - 9。 [2]國際鋼鐵協(xié)會委員會對汽車工業(yè)。摘要先進的高強度鋼(展現(xiàn)應(yīng)用指南;2009 年。 [3]西南簡森的彈性撓度的邊在深制件的金屬片。 成熟期過程技術(shù)[J]. 1996;59 歲(1 - 2):34-40。 [4]。 圓滑的設(shè)計與應(yīng)用壓邊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計對板料成形工藝條件。J成熟期過 程學(xué)報2001;10(3):182 - 7。 [5]影響板料成形過程模具設(shè)計分析。中央大學(xué)土木工程學(xué)系ECCOMAS;2004年。 [6]工具和空白的互動-模具在十字架上形成過程。智力J神韻形成2008;1(1):161 -。 [7]一個解析解對回彈的金屬板上印著剛性沖床和一個有彈性的模具亡。J成熟期 過程學(xué)報1997;10(3):49-54。 [8]對有效的建模Meinders t宏觀和微觀兩個工具板料成形過程中變形。在國際 研討會論文集,在工業(yè)加工過程數(shù)值方法(4):2007。 [9].利用有限元法在汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。中央大學(xué)土木工程學(xué) 系,98 IBEC”。p。334 - 9。 [10]劉米,東與模擬和綜合形成模具的結(jié)構(gòu)進行分析,為優(yōu)化模具設(shè)計。中央大學(xué) 土木工程學(xué)系碩士國際會議和研討會6th數(shù)值模擬三維板料成形過程;2005。 p。96 - 100。 [11]羅卓荊。模具結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布分析在高強度鋼沖壓工藝和實驗驗證。促進學(xué) 報2010智力成熟期;38(3):184 - 97。 [12]計算機輔助分析與設(shè)計過程中板料成形過程:第三部分:沖壓設(shè)計。圣人 2007;28(4):1311—。 [13]新聞/模具變形為一個精確生產(chǎn)沖模。學(xué)報2008智力副詞,37(8):649 - 56。 [14]調(diào)查所需的壓力影響。中央大學(xué)土木工程學(xué)系IDDRG 2008國際會議;2008。 [15]安貞煥，李翼，模擬汽車板沖壓成形過程考慮模具變形。中央大學(xué)土木工程 學(xué)系6th國際會議及研討會的三維數(shù)值模擬板料成形過程;2005。p。90 - 5。 [16]鈑金成形動彈性的工具。 中 央大學(xué)土木工程學(xué)系碩士國際會議和研討 會7th數(shù)值模擬三維板料成形過程;2008。p。743 -。 [17]考慮在工具和按彈性成形有限元模擬和實驗驗證(4):2008。 [18]測量和模擬在板料成形變形模具。 中央大學(xué)土木工程學(xué)系IDDRG 2010國際 會議;2010。 [19],王建民。 沖壓模具變形的測量方法、SAE 2007世界大會上,2007。 2007-01-1680。 [20]通過沖壓過程的監(jiān)控操作工具綜合明察秋毫。系統(tǒng)[J]. 2008;27(3):123 - 9。 [21]王建民 -集成感應(yīng)系統(tǒng)模具沖壓過程監(jiān)控。智力J馬赫工具2009;49號 (8):634 - 44。 [22]接觸壓力分布的測量在界面設(shè)計中存在的一些問題生產(chǎn)業(yè)務(wù)。 應(yīng)用學(xué)報 2010;59歲(1):399—402。 [23]張文雄JJ,劉坤。一個簡化的欄目模型用于自動沖壓模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。J成熟 期過程學(xué)報2006;10(3):109 - 4。 [24]尼爾森醫(yī)生拓撲優(yōu)化的沖壓模具。中央大學(xué)土木工程學(xué)系9th研討會在工業(yè) 加工過程數(shù)值方法(4):2007。p。449 - 54。 [25]敏感性和拓撲優(yōu)化建模方面展現(xiàn)出了板料沖壓成形模具結(jié)構(gòu)。中央大學(xué)土木 工程學(xué)系碩士國際會議和研討會7th數(shù)值模擬三維板料成形過程;2008。p。 847 - 52頁。 [26]研究方法論的模具結(jié)構(gòu)基于板料成形分析的仿真。下巴機甲英格 2008;44:174-9。 [27]生成最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用生料均化方法。方法應(yīng)用現(xiàn)有作業(yè)線英格 1988;71(2):197 - 224。 [28]彎曲MP。最優(yōu)外形設(shè)計成一個物質(zhì)分布問題。1989;1(4):193 - 202。 [29]謝YM,史蒂文采購。一個簡單的進化程序結(jié)構(gòu)信息。1993年第一版。 >;49(5):885 - 96。 [30]一個工程師的方法尋找最佳的材料分布和形狀。方法應(yīng)用現(xiàn)有作業(yè)線英格 1993;10(1 - 2):1-26。 [31]彎曲MP,西格蒙德·.拓撲優(yōu)化理論、方法和應(yīng)用。紐約:施普林格;2003年。 [32]替代插值方案依從拓撲優(yōu)化最小。> 2001;22(2):116 -。 [33] 一個六組件各向異性材料的屈服函數(shù)。智力J可塑性1991;7(7):693 - 712。 中期檢查表 指導(dǎo)教師姓名： 　　 填表日期： 年 5 月 13 日 學(xué)生學(xué)號 學(xué)生姓名 題目名稱 變壓器硅鋼片零件的冷沖模設(shè)計 已完成內(nèi)容 前期工作基本按照計劃進行！進行相關(guān)資料的整理與學(xué)習(xí)，將4萬字符左右的英文資料并進行了翻譯！復(fù)習(xí)相關(guān)模具設(shè)計以及沖壓知識，并根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)合相關(guān)原理，對畢設(shè)整體方案的確定！完成模具凹凸模的尺寸計算，并復(fù)習(xí)SolidWorks的相關(guān)建模及出圖等知識！已經(jīng)基本完成了模具的整體建模，并完成模具的裝備 。其他方面也按照進度表計劃進行。 檢查日期： 完成情況 □全部完成 t按進度完成 □滯后進度安排 存在困難 由于對模具的相關(guān)知識了解的比較少，所以在方案的確定方面有一定困難，完成設(shè)計任務(wù)有幾套方案！其次，在模具的設(shè)計如一些參數(shù)、系數(shù)的選取上，并沒有一些明確的規(guī)定，所以計算起來比較困難。 解決辦法 通過不斷學(xué)習(xí)以及指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)，現(xiàn)在已經(jīng)對設(shè)計任務(wù)有了深刻理解，明確了設(shè)計方案。在對網(wǎng)上資料及一些參考書的學(xué)習(xí)中，設(shè)計中的困難已基本解決了！在軟件方面自己再多花些時間練習(xí)，得出結(jié)果后完成余下的論文。 預(yù)期成績 □優(yōu) 秀 □良 好 □中 等 t及 格 □不及格 建 議 教師簽名： 教務(wù)處實踐教學(xué)科制表 說明：1、本表由檢查畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)教師如實填寫；2、此表要放入畢業(yè)設(shè)計（論文）檔案袋中； 3、各院(系)分類匯總后報教務(wù)處實踐教學(xué)科備案。 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容、要求 在工藝分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮所給產(chǎn)品的產(chǎn)量和精度要求。所用材料的性能，工廠當前的技術(shù)力量，設(shè)備情況及模具制造情況，確定該工件的工藝規(guī)程和每道工序的沖模結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計：在方案設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)計模具各部分零件的具體結(jié)構(gòu)尺寸。同時要求： 1、在設(shè)計方案確定之前，要求到相關(guān)單位調(diào)研，查閱和收集相應(yīng)資料。 2、在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成該模具的理論分析、相關(guān)尺寸的確定和計算，同時對其設(shè)計方案進行論證。 3、根據(jù)制品尺寸精度的具體要求來確定模具的最終設(shè)計方案，并利用UG或其他軟件設(shè)計出其裝配圖及零件圖，同時選用與之相匹配的沖壓設(shè)備。 4、畫出該模具的總裝配圖和關(guān)鍵零件圖，撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，翻譯相關(guān)數(shù)量的英文資料。 圖1-1 變壓器硅鋼片零件 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù) 該設(shè)計重點解決成型沖模設(shè)計和工藝參數(shù)問題。主要技術(shù)參數(shù)就是給定的成形零件圖的形狀、所有尺寸和材料。如圖1-1所示。 （1）對給定的，完成成型沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析；對圖1-1所示成型零件，完成成型沖模結(jié)構(gòu)方案設(shè)計分析的基礎(chǔ)上，繪制裝配圖。 （2）對給定的圖1-1成型零件，完成成型零件的成形工藝設(shè)計計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，完成成型沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計（裝配圖）和零件設(shè)計： 1）零件分析； 2）工藝方案確定（確定生產(chǎn)工藝流程）； 3）毛坯尺寸計算； 4）模具總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計； 5）模具零件設(shè)計； 6）繪制模具裝配圖。 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）應(yīng)完成的工作 1.完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）；在畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中必須包括詳細的300-500個單詞的英文摘要，說明書要求簡明扼要，論點明確，論據(jù)充分，數(shù)據(jù)準確，計算正確，結(jié)構(gòu)合理，層次分明，重點突出，文理通順，插圖清晰。格式、版式和插圖符合正式出版物的標準和規(guī)范。 2.獨立完成與課題相關(guān)，并不少于四萬字符的英文資料翻譯（附英文原文）； 3.要求使用AutoCAD或其他軟件對該模具的結(jié)構(gòu)原理進行設(shè)計。 4.在完成該沖壓模具的結(jié)構(gòu)、方案設(shè)計的同時，要求繪制出其裝配圖與零部件圖，編寫出其沖壓工藝規(guī)程。 5.繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計算機繪圖圖紙, 要求圖樣繪制及標識符合國家標準。圖面布局和比例合理、圖線清晰、表達正確。 6.除上述工作量以外，若時間允許，要求采用Pro/ENGINEER、UG或其他軟件對該模具進行實體建模，并完成其組裝動畫演示。 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 [1] 王孝培編著.沖壓手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. [2] 袁國定編著.模具常用機構(gòu)設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [3] 彭建聲編著.模具設(shè)計與加工速查手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 [4] 孫鳳勤，閆亞林等編著.沖壓與塑壓成形設(shè)備[M].北京：高等教育出版社，2003 [5] AMkaddem et al.Experimental characterisation in sheet forming processes by using Vickers micro-hardness technique [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2006, 180(1-3): 1-8 [6] 楊占堯編著.沖壓模具典型結(jié)構(gòu)圖例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [7] 牟林，胡建華等編著.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：中國林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社，2006 [8] 付宏生編著.冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計制造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [9] 宛強編著.沖壓模具設(shè)計及實例境界[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008 [10] 劉冬花，李國輝，靳美艷等編著.UG NX6.0基礎(chǔ)培訓(xùn)標準教程 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010 五、試驗、測試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件 計算機一臺 、PRO/ENGINEER、UG或其他軟件 任務(wù)下達時間： 2011年 11月 213日 畢業(yè)設(shè)計開始與完成時間： 2012年2月18日至 2012年 6 月 13日 組織實施單位： ------------------------------裝 ---------------- 訂 ----------------- 線---------------------------------- 教研室主任意見： 簽字 2012 年 2 月19日 院領(lǐng)導(dǎo)小組意見： 簽字 2012 年2 月 20 日 變壓器硅鋼片零件的冷沖模設(shè)計 摘 要 根據(jù)變壓器硅鋼片零件的結(jié)構(gòu)特性以及材料的特點，確定了導(dǎo)柱式單工序落料模的工藝方案。模具結(jié)構(gòu)簡單，該方案只需要一道工序，即需要落料模，導(dǎo)柱式?jīng)_裁模可靠，精度高，壽命長，使用安裝方便，但輪廓尺寸較大，模具較重、制造工藝復(fù)雜、成本較高。它廣泛用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。 該論文詳細闡述了工件的工藝分析、模具的基本類型和結(jié)構(gòu)、模具各工藝計算及沖裁設(shè)備的確定、各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸的確定、模具零件加工工藝。本次設(shè)計的難點主要在于如何在保證模具可靠性和精度的條件下設(shè)計出簡單易行的加工方案，最大程度的降低勞動強度。 本設(shè)計是針對變壓器硅鋼片零件的冷沖模設(shè)計，設(shè)計先根據(jù)板件的結(jié)構(gòu)特點及工藝特性進行工藝分析，再結(jié)合現(xiàn)今模具生產(chǎn)廠家的具體經(jīng)驗進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，切實將設(shè)計做到能夠應(yīng)用在實際生產(chǎn)中，使模具更具有實用性，并且保證了生產(chǎn)的可行性與經(jīng)濟性。 關(guān)鍵詞：變壓器硅鋼片；冷沖模；模具；結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract According to the structural characteristics of transformer of silicon steel parts and material characteristics, determined the guiding pole type single process blanking process scheme of mould. The mould structure simple, this scheme only need a process, namely need blanking mode, guiding pole type punch die reliable, high precision, long life, easy to install and operate, but outline size is larger, heavier, mould manufacturing process complex, high cost. It is widely used in the production batch, require high precision blanking pieces. The paper expounds the analysis of the technology of workpiece, the basic type of the mould structure, mould and the process calculation and cutting equipment, the main parts to determine the size of the structure determination, mould parts processing technology. The design of the main difficulty lies in how to ensure reliability and precision mould in under the conditions of the design is simple processing scheme, the greatest degree of the reduction of labor intensity. This design is for transformer of silicon steel parts of the cold die design, design according to the first panel of the structure and technological characteristics analysis technology, combining now mould manufacturer of concrete structure design experience, and will be able to apply the design in practical production, make the mould more practical, and ensure the production the feasibility and the economy. Keywords: transformer of silicon steel; Cold die; Mould; Structure design 目 錄 引言 1 1 工件的工藝分析 4 1.1 分析工件的使用材料種類及工藝特性 4 1.2 工件的結(jié)構(gòu)分析 5 1.3 確定沖裁工藝方案 6 1.3.1 工序性質(zhì)的確定 6 1.3.2 工序數(shù)量的確定 7 2 模具的基本類型和結(jié)構(gòu) 7 2.1 模具基本類型的確定 7 2.2 排樣方式的確定和材料利用率的計算 8 2.2.1 排樣方式及搭邊 8 2.2.3 材料利用率 9 2.3 送料步距與條料寬度 10 2.3.1 送料步距A 10 2.3.2 條料寬度B 10 3 模具各工藝計算及沖裁設(shè)備的確定 12 3.1 各工序壓力的計算 12 3.2 壓力機的選用 15 3.3 模具主要工作部分刃口尺寸的計算 16 3.3.1 落料凹模刃口尺寸計算 17 4 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸 18 4.1 凹模外形尺寸的確定 18 4.2 凸模長度的確定 18 5 模具其它零件的選擇 20 5.1 模具零件的選材要求 20 5.2 模架的選擇 21 5.3 模柄的選用 23 5.4 卸料裝置 24 5.5 其他固定零件 24 5.6 模具總裝圖和明細表 26 6 模具零件加工工藝 28 6.1 工藝編制的基本原則與注意事項 28 6.2 模具主要零件加工工藝過程 30 7 結(jié)論 34 謝 辭 35 參考文獻 36 引言 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機）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（俗稱沖壓或沖壓件）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，且主要采用板料來加工成所需零件，所以也叫冷沖壓或板料沖壓。沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要方法之一，隸屬于材料成型工程術(shù)。 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具，簡稱沖模。沖模是將材料（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。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)就難以進行；沒有先進的沖模，先進的沖壓工藝就無法實現(xiàn)。 硅鋼片也叫電工鋼，全稱電工用硅鋼薄板，是電力、電子和軍事工業(yè)不可缺少的重要軟磁合金，亦是產(chǎn)量最大的金屬功能材料，主要用作各種電機、發(fā)動機和變壓器的鐵心。它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜,制造技術(shù)嚴格,國外的生產(chǎn)技術(shù)都以專利形式加以保護,視為企業(yè)的生命。 由于沖壓加工的零件種類繁多，各類零件的形狀、尺寸和精度要求又各不相同，因而生產(chǎn)中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的。概括起來，可分為分離工序和成形工序兩大類；分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀、尺寸和斷面質(zhì)量的沖壓（俗稱沖裁件）的工序；成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產(chǎn)生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序。 上述兩類工序，按基本變形方式不同又可分為沖裁、彎曲、拉深和成形四種基本工序，每種基本工序還包含有多種單一工序。 在實際生產(chǎn)中，當沖壓件的生產(chǎn)批量較大、尺寸較少而公差要求較小時，若用分散的單一工序來沖壓是不經(jīng)濟甚至難于達到要求。這時在工藝上多采用集中的方案，即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內(nèi)完成，稱為組合的方法不同，又可將其分為復(fù)合-級進和復(fù)合-級進三種組合方式。 復(fù)合沖壓——在壓力機的一次工作行程中，在模具的同一工位上同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式。 級進沖壓——在壓力機上的一次工作行程中，按照一定的順序在同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式。 復(fù)合-級進——在一副沖模上包含復(fù)合和級進兩種方式的組合工序。 沖模的結(jié)構(gòu)類型也很多。通常按工序性質(zhì)可分為沖裁模、彎曲模、拉深模和成形模等；按工序的組合方式可分為單工序模、復(fù)合模和級進模等。但不論何種類型的沖模，都可看成是由上模和下模兩部分組成，上模被固定在壓力機工作臺或墊板上，是沖模的固定部分。工作時，坯料在下模面上通過定位零件定位，壓力機滑塊帶動上模下壓，在模具工作零件（即凸模、凹模）的作用下坯料便產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需形狀與尺寸的沖件。上?；厣龝r，模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸、凹模上卸下或推、頂出來，以便進行下一次沖壓循環(huán)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料不斷涌現(xiàn)，因而促進了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展。其主要表現(xiàn)和發(fā)展方向如下。 (1).沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外相繼涌現(xiàn)出精密沖壓工藝、軟模成形工藝、高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密、高效、經(jīng)濟的沖壓新工藝。其中，精密沖裁是提高沖裁件質(zhì)量的有效方法，它擴大了沖壓加工范圍，目前精密沖裁加工零件的厚度可達25mm，精度可達IT16~17級；我國已自主設(shè)計制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點成形設(shè)備，解決了多點壓機成形法，從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài)，提高了材料的成形極限，同時利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力，實現(xiàn)無回彈成形。無模多點成形系統(tǒng)以CAD/CAM/CAE技術(shù)為主要手段，能快速經(jīng)濟地實現(xiàn)三維曲面的自動化成形。 (2.)沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件. 在沖模的設(shè)計制造上,目前正朝著以下兩方面發(fā)展:一方面,為了適應(yīng)高速、自動、精密、安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，沖模正向高效率、高精度、高壽命及多工位、多功能方向發(fā)展，與此相比適應(yīng)的新型模具材料及其熱處理技術(shù)，各種高效、精密、數(shù)控自動化的模具加工機床和檢測設(shè)備以及模具CAD/CAM技術(shù)也在迅速發(fā)展；另一方面，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要，鋅基合金沖模、聚氨酯橡膠沖模、薄板沖模、鋼帶沖模、組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 (3) 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的沖模需要高精度、高自動化的沖壓設(shè)備相匹配。為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前沖壓設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械乃至機器人的大量使用，使沖壓生產(chǎn)效率得到大幅度提高，各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用。 (4)沖壓標準化及專業(yè)化生產(chǎn)方面 模具的標準化及專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)和廣泛重視。因為沖模屬單件小批量生產(chǎn)，沖模零件既具的一定的復(fù)雜性和精密性，又具有一定的結(jié)構(gòu)典型性。因此，只有實現(xiàn)了沖模的標準化，才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實現(xiàn)專業(yè)化、商品化，從而降低模具的成本，提高模具的質(zhì)量和縮短制造周期。目前，我國沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高（一般在40%以下），標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質(zhì)量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務(wù)等都還有待于進一步提高。 硅鋼片在變壓器中的應(yīng)用如下：將3％si的取向硅鋼片放置在疊片鐵芯厚度方向上的中間部位上，其兩側(cè)所疊放的鐵芯是6．5％si的硅鋼片，共同組成了鐵芯。并且該鐵芯的鐵芯柱截面中6．5％si的硅鋼片所占的比率比軛部要大一些。 　該鐵芯的結(jié)構(gòu)可使50H和60H基本周波成分由取向硅鋼承受大部分，而高周波成分由6．5％si的硅鋼片所承受。因此，在鐵芯柱漏損的高周波磁通量占主磁通量中的高周波成分比率變得很小，那么軛部與鐵芯柱的磁通波形成不平衡得以消解，噪音(變壓器鐵芯產(chǎn)生的噪音是在磁力循環(huán)中由鐵芯片持續(xù)脹縮引起的，即交流磁致伸縮現(xiàn)象)大幅度降低，例如，在逆變器電源用變壓器中，可達到20～30db的低噪音。故，用6．5％Si的硅鋼片制作的鐵芯可以實現(xiàn)小型化。6．5％si電工鋼這種具有低損耗、低噪音的軟磁材料可使電氣電子設(shè)備小型化、高速化。為了克服高硅電工鋼板脆性大的不利因素，近年來，通過添加第三元素(鎳、猛、鋁)來改善其加工性能的研究，已取得了一定的效果。 本課題是針對目前大量應(yīng)用與生產(chǎn)的變壓器硅鋼片的沖壓工藝及模具設(shè)計，設(shè)計工作的主要內(nèi)容包括：零件的工藝性分析、工藝方案的確定、工藝與設(shè)計的計算、零部件的設(shè)計以及二維裝配圖與非零件圖的繪制等。 因此對變壓器硅鋼片零件的冷沖模設(shè)計研究具有重要意義。 1 工件的工藝分析 1.1 分析工件的使用材料種類及工藝特性 該變壓器硅鋼片選用材料為10鋼。 特性及用途: 10號鋼塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好，焊接性優(yōu)良，無回火脆性，淬透性和淬硬性均差。 　　制造要求受力不大、韌性高的零件，如汽車車身、貯器、深沖壓器皿、管子、墊片等，可用作冷軋、冷沖、冷鐓、冷彎、熱軋等工藝成形，也可用作心部強度不高的滲碳件、碳氮共滲件等。 力學(xué)性能: 抗拉強度 σb (MPa)：≥335 　　屈服強度 σs (MPa)：≥205 　　伸長率 δ5 (%)：≥31 　　斷面收縮率 ψ (%)：≥55， 　　硬度 ：未熱處理,≤137HBs， 　　試樣尺寸：試樣尺寸縱向25mm 熱處理規(guī)范及金相組織: 熱處理規(guī)范：正火,910℃,空冷 　　金相組織：鐵素體+珠光體。 沖裁件斷面質(zhì)量: 因為一般用普通沖裁方式?jīng)_2mm以下的金屬板料時，其斷面粗糙度Ra可達12.5—3.2，毛刺允許高度為0.05—0.1mm；本產(chǎn)品在斷面粗糙度上沒有太嚴格的要求，所以只要模具精度達到一定要求，在沖裁后加修整工序，沖裁件斷面的質(zhì)量就可以保證。 1.2 工件的結(jié)構(gòu)分析 圖1.1 硅鋼片零件圖 該硅鋼片零件的形狀及精度要求如圖2.1所示，在設(shè)計沖壓件時，在選擇確定尺寸公差及表面粗糙度等級時，應(yīng)注意以下幾點： （1） 沖壓件在使用時，如果沒有尺寸配合要求，盡量在圖中不要標注出公差，一般應(yīng)按自由尺寸公差處理。 （2） 若沖壓件尺寸在使用時有配合要求時，須標出公差值，但在標注時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品使用條件，合理選擇公差值，并保證其配合精度。 （3） 對于彎曲、拉深或成形零件，應(yīng)允許壁部有變薄現(xiàn)象，其變薄范圍須應(yīng)在圖樣上標出。 （4） 沖壓零件的表面粗糙度等級，要根據(jù)產(chǎn)品需要情況來選擇，在不影響使用的情況下，不選擇過高的等級，以防給加工帶來難度。 該零件形狀簡單、對稱，全部由直線組成，沒有圓弧，零件具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。尺寸精度要求一般，但是表面粗糙度要求不高，再結(jié)合其材料性能，查標準公差表2.1可知，選一般精度等級：11級。 沖裁件的尺寸精度與許多因素有關(guān)，如沖模的制造精度、材料性質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、沖裁間隙和沖裁形狀等。 可以說，沖裁件的尺寸精度直接由沖模的制造精度所決定。沖模精度愈高沖裁件尺寸精度愈高。一般情況下，沖裁件所能達到的精度比沖裁精度低1-3級。 由于沖裁變形的特點，沖裁斷面可明顯分為4個特征區(qū)，即塌角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺。 表 1.1 IT基本公差 1.3 確定沖裁工藝方案 1.3.1 工序性質(zhì)的確定 沖壓性質(zhì)的確定主要取決于沖壓件的形狀尺寸和精度要求。同時還應(yīng)該考慮沖壓變形規(guī)律及某些具體條件的限制。通常在確定工序性質(zhì)時應(yīng)考慮以下幾個方面： a.從零件圖上直觀的確定工序性質(zhì)。 b.對零件圖進行計算分析，比較后確定工序性質(zhì)。 c.為改善沖壓變形條件，方便工序定位，增加附加工序。 該硅鋼片零件有以下三種工藝方案： 方案一：選用導(dǎo)柱式單工序落料模直接落料。 方案二：選用一模兩件連續(xù)沖裁。 方案三：選用一模兩件復(fù)合沖裁。 1.3.2 工序數(shù)量的確定 確定工序數(shù)量的基體原則是：在保證工件質(zhì)量，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性要求的前提下，工序數(shù)量應(yīng)盡可能減少。 1.3.3 工藝方案分析 方案一 模具結(jié)構(gòu)簡單，只需要一道工序，即需要落料模，導(dǎo)柱式?jīng)_裁?？煽?，精度高，壽命長，使用安裝方便，但輪廓尺寸較大，模具較重、制造工藝復(fù)雜、成本較高。它廣泛用于生產(chǎn)批量大、精度要求高的沖裁件。 方案二 需要三道工序，工序1：雙側(cè)刃切去側(cè)刃搭邊，沖方形孔。工序2：空步。工序3：切斷（雙邊），得到兩個工件，生產(chǎn)效率高。 方案三 雖然只需要一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，但是模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜。 通過對于上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案一為佳，采用單工序模生產(chǎn)。 2 模具的基本類型和結(jié)構(gòu) 2.1 模具基本類型的確定 模具設(shè)計的基本原則是： ⑴要根據(jù)制件的尺寸精度及生產(chǎn)批量，綜合考慮經(jīng)濟效益，確定采用單工序模、復(fù)合模、級進模。 ⑵模具結(jié)構(gòu)和模具材料應(yīng)與制件批量相適應(yīng)。 ⑶盡量選用標準模架和模具零件。 ⑷模架的平面尺寸，不僅要與凹模尺寸相適應(yīng)，還應(yīng)與壓力機臺面尺寸及開孔大小相適應(yīng)。 ⑸落料模的送料方向與所選的壓力機相適應(yīng)。 ⑹為了便于較模和存放，模具應(yīng)安裝閉合高度限位塊。模具工作時限位塊不應(yīng)受壓。 ⑺沖裁對稱件的模架應(yīng)明顯不對稱，以防止上模和下模裝錯位置。 ⑻彎曲件的落料模，排樣時應(yīng)考慮材料的軋制方向。 ⑼刃口尖角處宜用拼塊，既便于加工，也可防止應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂。 ⑽單面沖裁的模具，應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施使凸模和凹模的側(cè)方向相互平衡，不宜讓模架的導(dǎo)柱導(dǎo)套受側(cè)向力。 ⑾安裝于模架內(nèi)的彈簧，在結(jié)構(gòu)上影能保證彈簧斷裂時不致蹦出傷人。 ⑿沖孔模應(yīng)考慮放入和取出制件的方便、安全。 ⒀沖孔模的定位，應(yīng)防止落料板坯正反面都能放入。 ⒁多凸模沖孔是，鄰近大凸模的細小凸模比大凸模在長度上段一沖件厚，防止凸模折斷。 ⒂對于大型落料與修邊?；驔_孔內(nèi)有窄小凸出與凹槽時，應(yīng)采用鑲拼與嵌拼結(jié)構(gòu)。 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，尺寸精度要求較高和表面粗糙度沒有明確要求，而且是大批量生產(chǎn)，考慮到經(jīng)濟效益等各個方面的綜合因素，采用單工序模即可。 對于精度要求較高，生產(chǎn)批量較大的沖裁件，多采用有導(dǎo)柱的模具。所以該硅鋼片零件采用導(dǎo)柱式單工序落料模。 2.2 排樣方式的確定和材料利用率的計算 2.2.1 排樣方式及搭邊 排樣是指沖裁件在條料或板料上的布置方法，合理的排樣和選擇適當?shù)拇钸呏?，是降低成本的和保證制件的質(zhì)量及模具的壽命的有效措施。 根據(jù)材料的利用情況，排樣可以分為有廢料排樣，少廢料排樣和無廢料排樣三種。根據(jù)沖件在條料上的不同排列方式，又可分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多排及沖裁搭邊等多種。 而根據(jù)排樣類型又可分為有搭邊和無搭邊兩種，根據(jù)零件的形狀分析和考慮到?jīng)_裁時的工藝合理性與經(jīng)濟合理性，采用有搭邊的排樣方案較為合理。 因而，根據(jù)零件形狀尺寸、材料等特點，由以上分析可知，采用直排式有搭邊的排樣方法，排樣圖如圖3.1所示： 查表2.1得零件間的搭邊值2，零件與條料側(cè)邊之間的搭邊值為2.5。 圖2.1 排樣圖1 表2.1 搭邊值與側(cè)邊值的數(shù)值 2.2.3 材料利用率 材料利用率通常以百分率表示： （2-1） 式中：——一個步距內(nèi)制件的實際面積； ——一個步距內(nèi)所需毛坯面積； A——送料步距； B——送料寬度。 2.3 送料步距與條料寬度 選定排樣方法與確定搭邊值之后，就要計算送料步距和條料寬度，這樣才能畫出排樣圖。 2.3.1 送料步距A 條料在模具上每次送進的距離稱為送料步距。 如圖2.2所示，每次只沖一個制件的步距A的計算式為： A=W+a1=40+2=42 （2-2） 式中：a1——沖裁件之間的搭邊值。 W——硅鋼片排樣時的長度。 圖2.2 排樣圖2 2.3.2 條料寬度B 條料是由板料（或帶料）剪裁下料而得，為保證送料順利，規(guī)定條料寬度B的上偏差為零，下偏差為負值（-Δ）。為了準確送進，模具上一般設(shè)有導(dǎo)向裝置。當使用導(dǎo)料板導(dǎo)向而又無測壓裝置時，在寬度方向也會產(chǎn)生送料誤差。條料寬度B的值應(yīng)保證在這2種誤差影響下，仍能保證在沖裁件與條料側(cè)面之間有一定的搭邊值a。 表2.2 剪裁下的下偏差 表2.3 條料與導(dǎo)料板間空隙f(mm) 條料厚度 無側(cè)壓裝置 有側(cè)壓裝置 條 料 寬 度 ≦100 >100--200 >200--300 ≦100 >100 ≦1 0.5 0.5 1 5 8 >1--5 0.8 1 1 5 8 模具的導(dǎo)料板之間采用有側(cè)壓裝置，條料寬度按下式計算（圖2.3）： = （2-3） 導(dǎo)尺間距： （2-4） 式中：D——沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸； a——沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊； Δ——板料剪彩時的下偏差（由查表2.2可知） 圖2.3 有側(cè)壓裝置示意圖 3 模具各工藝計算及沖裁設(shè)備的確定 3.1 各工序壓力的計算 ⑴ 沖裁力的計算 在沖裁高強度材料或厚度大，周邊長的工件時，需要很大的沖裁力，當工廠的設(shè)備的噸位不能適應(yīng)的時候，為不影響生產(chǎn)，可采取一定的措施降低沖裁力，常用的方法有階梯沖裁、斜刃沖裁和加熱沖裁等。 在沖裁過程中，沖裁力的大小是不斷變化的，沖裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力，對于普通的平刃口的沖裁，其沖裁力P計算公式為 P=KLt （3-1） 式中：P——沖裁力，N； L——沖裁件的周長，mm； t——材料的厚度，mm； ——材料的抗剪強度，mm； K——系數(shù)，考慮到凸模、凹模刃口磨損，模具間隙波動，材料力學(xué)性能變化及材料厚度偏差等因素而增加的安全系數(shù)，常取K=1.3。 表3.1 力學(xué)性能 由圖可知：L=218mm，t=2mm，=205MPa（查設(shè)計資料及有關(guān)手冊可知）， 所以由式3-1可知 P=KLt = ⑵ 推件力和卸料力的計算 由于沖裁時材料的彈性變形及摩擦，在一般的沖刺條件下，沖裁后材料將發(fā)生彈性恢復(fù)，使落料件或沖孔廢料梗塞在凹模內(nèi)，而板料則緊箍在凸模上，為了使沖裁工作繼續(xù)進行，必須將箍在凸模上的板料卸下，將卡在凹模內(nèi)的工件或廢料向下推出或向上頂出。將緊箍在凸模中的料卸下所需的力稱為卸料力，將卡在凹模中的料推出所需的力稱為推件力，將卡在凹模中的料逆著沖裁力方向頂出所需的力稱為頂件力。 卸料力、推件力和頂件力合材料的力學(xué)性能、材料厚度、沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、潤滑情況、凹模洞口形狀等因素有關(guān)。在生產(chǎn)中，都采用簡單的經(jīng)驗公式來計算： （3-2） （3-3） (3-4) 式中：——分別為卸料力，推件力、頂件力，N； ——分別為卸料力的系數(shù)、推件力的系數(shù)、頂件力的系數(shù)， ——沖裁力，N； n——同時卡在凹模洞口的件數(shù)，n=h/t,h為凹模刃口的直壁高度，mm； t為材料厚度，mm。 查表取，，，則 根據(jù)材料厚度凹模刃口直壁的高度h=20mm，故 ⑶ 總沖壓力的計算 沖裁時，所需總沖壓力為沖裁力、卸料力、推件力和頂件力之和。 采用剛性卸料裝置和下出料方式的總沖壓力為： (3-5) ⑷ 壓力中心的確定 沖壓合力的作用點稱為壓力中心，為了保證壓力機和沖模正常平穩(wěn)的工作，必須使沖模的壓力中心通過模柄軸線與壓力機滑塊中心重合，否則，沖裁過程中壓力機滑塊和沖模將會承受偏心載荷，使滑塊導(dǎo)軌和沖模導(dǎo)向部分產(chǎn)生不正常磨損，合理間隙得不到保證，刃口會迅速變鈍，從而降低沖件質(zhì)量和模具壽命甚至損壞模具發(fā)生沖壓事故，因此，設(shè)計沖模時，應(yīng)正確計算出沖裁時的壓力中心，并使壓力中心與模柄軸線重合。 圖3.1 壓力中心坐標圖 由坐標系設(shè)定可知： 各線段的重心位置為 X1=6 Y1=3 L1=12 X2=12 Y2=1.5 L2=3 X3=20 Y3=0 L3=16 X4=28 Y4=1.5 L4=3 X5=34 Y5=3 L5=12 X6=40 Y6=8.5 L6=11 X7=30.5 Y7=14 L7=19 X8=21 Y8=25 L8=22 X9=30.5 Y9=36 L9=19 X10=40 Y10=41.5 L10=11 X11=34 Y11=47 L11=12 X12=28 Y12=48.5 L12=3 X13=20 Y13=50 L13=16 X14=12 Y14=48.5 L14=3 X15=6 Y15=47 L15=12 X16=0 Y16=25 L16=44 所以，硅鋼片的壓力中心為： (3-6) (3-7) 3.2 壓力機的選用 壓力機的種類很多，分類方法不同，如按驅(qū)動滑塊的力可分為機械壓力機、液壓壓力機、氣動壓力機等。由于機械壓力機加工速度比壓力機快得多，高的生產(chǎn)效率是其絕對的優(yōu)勢，因此采用機械壓力機。 沖壓設(shè)備規(guī)格的確定: ⑴選擇的壓力設(shè)備的類型：根據(jù)要完成的沖壓工藝的性質(zhì)，生產(chǎn)批量的大小，沖壓件的幾何尺寸和精度要求。 ①中小型部裁件變曲件拉滌件生產(chǎn),采用開式機械壓力機。 ②在中型沖壓件生產(chǎn)采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機械壓力機。 ③小批量生產(chǎn)，大型厚板沖壓件的生產(chǎn)采用液壓機。 ④大批量生產(chǎn)或開頭復(fù)雜零件的大量生產(chǎn)中，選用高速壓力機械多工位自動壓力機。 ⑵ 規(guī)格的確定、根據(jù)沖壓設(shè)備部壓件的尺寸模具的尺寸和沖壓力來確定。 ①所選壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力P壓機>P總 ②壓力機的行程要適當：行程直接影響模具的主要高度引程過大，凸模與導(dǎo)板分離導(dǎo)板模或?qū)е鶎?dǎo)套分離。 ③壓力機閉合高度應(yīng)與沖模的閉合高度相適應(yīng),即沖模的閉合高度介于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間. ④壓力機工作臺面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸,并留有安裝固定的余地,但工作臺也不應(yīng)太大,以免工作臺受力不好. ⑶由于該制件是一件中小型制件，精度要求較高，屬于大批量生產(chǎn)，因此選用開式可傾壓力機。在一般條件下，可以根據(jù)生產(chǎn)車間的實際條件，在現(xiàn)有的壓力機中選取， 根據(jù)所需壓力,應(yīng)選取公稱壓力 。 查機械設(shè)計手冊，可選用雙柱可傾壓力機，型號為：J23—25 具體參數(shù)： 公稱壓力：250KN 滑塊行程：80mm 最大閉合高度：250mm 連桿調(diào)節(jié)量：70mm 工作臺尺寸（前后左右）：360mm560mm 墊板尺寸 （厚度孔徑）：50mm130mm 模柄尺寸 （直徑深度）：50mm70mm 最大傾斜角度：30° 3.3 模具主要工作部分刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度主要取決于凹、凸模刃口尺寸及公差、模具的合理間隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證的，因此，正確的確定凸、凹模刃口尺寸及其公差，是沖裁設(shè)計中的一項重要工作。 凸、凹模刃口尺寸計算原則： ⑴落料時，先確定凹模刃口尺寸，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小極限尺寸，以保證凹模磨損在一定范圍內(nèi)，仍能沖出合格制件。凸模刃口的基本尺寸按凹模的刃口基本尺寸減小一個最小合理間隙來確定。 ⑵沖孔時，先確定凸模刃口尺寸。凸模刃口尺寸的基本尺寸接近或等于孔的最大極限尺寸，以保證凸模磨損在一定范圍內(nèi)，仍能沖出合格制件。凹模刃口的基本尺寸按凸模的刃口基本尺寸減小一個最小合理間隙來確定。 ⑶凸模和凹模刃口的制造公差，主要取決于沖裁件的精度和形狀，一般模具的制造精度比沖裁件的精度至少高1-2級，若制件沒有標注公差，則對于非圓形件按國家非配合尺寸的IT14級精度來處理，圓形件一般可按IT10級精度來處理。 3.3.1 落料凹模刃口尺寸計算 因該硅鋼片零件不是簡單的落料件，且公差等級要求較高，因而采用配合加工計算法； 令a=，b=，c=，d=， e=，f=，g= 表3.2 沖裁模初始雙面間隙值 材料名稱 Q215、Q235鋼，08、10、15鋼 純銅（硬）、磷青銅、鈹青銅 H62、H68 力學(xué)性能 HBS 70-140 300MPa-400MPa 板料厚度t 始用間隙Z 1.0 0.246 0.360 由表3.2查得： 由表查得：對于尺寸f，X=0.5; 對于尺寸a、c、d，X=0.75； 對于尺寸b、e,g，X=1.0。 落料凹模，由于a、c、f，g尺寸隨凹模磨損變大，d尺寸隨凹模磨損變小，b、e尺寸不隨凹模磨損變化。故 （mm） （mm） （mm） （mm） (mm) (mm) 凸凹模外形各尺寸按落料凹模相應(yīng)尺寸，保證雙邊間隙在0.2460.360mm。 4 確定各主要零件結(jié)構(gòu)尺寸 4.1 凹模外形尺寸的確定 凹模厚度H的確定： (4-1) W=1.2H=1.2*27=32.4mm (4-2) 凹模寬度的確定： (4-3) 凹模長度的確定： (4-4) 4.2 凸模長度的確定 凸模長度計算為： (4-5) ——凸模固定板的厚度 ——卸料板的厚度 ——導(dǎo)尺的厚度 ——附加長度，包括凸模的修磨量，凸模進凹模的深度， 凸模固定板與卸料板的安全距離等。 凸模三維圖如下圖所示： 圖4.1 凸模 ⑴導(dǎo)尺的確定： 導(dǎo)料板也叫做導(dǎo)尺，在采用導(dǎo)板導(dǎo)向或固定卸料板的沖模中心必須用導(dǎo)料板導(dǎo)向。條料兩側(cè)靠導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)面的約束，引導(dǎo)其正確向前送進，否則條料會送偏，影響制件質(zhì)量甚至?xí)斐蓮U品。 導(dǎo)料板所需寬度： 導(dǎo)料板所需長度：146.8mm 由冷沖模國家標準手冊查得 取型號 導(dǎo)料板 GB2865.5—81 導(dǎo)料板三維圖如下圖所示： 圖4.2 導(dǎo)尺 ⑵導(dǎo)板（卸料板）的確定: 在導(dǎo)板模中，以導(dǎo)板對凸模導(dǎo)向，導(dǎo)板既對凸模起導(dǎo)向作用又起卸料板的作用，導(dǎo)板與凸模采用H7/h6配合，導(dǎo)板厚度可取凹模厚度的0.8倍1倍，在沖裁過程中使凸模與導(dǎo)板始終保持配合。 卸料板厚 =14mm 卸料板的三維圖如下圖所示： 圖4.3 卸料板 ⑶凸模固定板的確定 固定板主要用于小型凸、凹模等工作零件的固定，凹模固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本一致，厚度可按經(jīng)驗公式取為0.60.8，在必須進行凸模固定板的設(shè)計時，其平面尺寸除應(yīng)該保證凸模安裝外，應(yīng)有足夠尺寸來安放螺釘和銷釘。 凸模固定板板厚 =18mm 凸模固定板的三維圖如下圖所示： 圖4.4 凸模固定板 取凸模修磨量 h=18mm 所以由式4-5可知： 5 模具其它零件的選擇 5.1 模具零件的選材要求 ⑴模具材料選擇的基本要求 ①綜合性能良好。模具材料應(yīng)具有一定得硬度和耐磨性，使模具在特定的條件下能夠保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定，應(yīng)具有強度和韌度，既能承受一定的高壓又能承受一定得沖擊載荷的作用，應(yīng)具有一定的抗熱性能。包括一定得熱強性，熱硬性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞抗性和熱粘著性等，以承受模具工作時可能因強烈摩擦而產(chǎn)生的局部高溫。 ②工藝性能良好。所選用的模具材料應(yīng)具有良好的冷、熱加工性能及熱處理工藝性能，制造簡單，加工方便，能夠保證供應(yīng)且經(jīng)濟性合理。 ⑵選擇模具材料應(yīng)考慮的因素 ①模具的工作條件，包括承載能力的大小，速度（沖擊狀況）、工作穩(wěn)定及腐蝕情況等。 ②模具的失效。模具的失效形式主要是有塑性變形失效、磨損失效及斷裂失效。 ③模具所加工的產(chǎn)品，包括所加工的產(chǎn)品批量的大小、產(chǎn)品的質(zhì)量的高低、產(chǎn)品的材質(zhì)等。 ④ 模具的結(jié)構(gòu)，包括模具的大小、模具的形狀、模具零件的工作性質(zhì)等。模具工作零件所用的材料應(yīng)該比其他零件好。 ⑤模具的制造工藝。 ⑥工廠現(xiàn)有的設(shè)備及技術(shù)水平。 當然，具體選材時，對于以上各因素的考慮應(yīng)有所側(cè)重，應(yīng)該按照模具工作要求有針對性的選擇。 ⑶沖壓模材料 目前使用的沖壓模材料很多，有冷作模具鋼、硬質(zhì)合金鋼、陶瓷材料、鑄鐵、低熔點合金、高分子材料、木材等，等使用最多的是冷作模具鋼和硬質(zhì)合金。用硬質(zhì)合金制作沖壓模，其模具成本比一般的合金鋼模具高3-4倍，但同時壽命也要提高20-30倍，所以，硬質(zhì)合金在沖壓模中應(yīng)用越來越多。 對于沖壓模材料的選擇，有一定得原則。一般來說，對于形狀簡單的，沖壓件尺寸不大的模具工作零件，常常選用碳素工具鋼，對于形狀復(fù)雜，沖壓件尺寸較大的模具工作模具工作零件，常選用合金工具鋼或高速工具鋼，對于沖壓件精度或模具壽命要求較高的模具工作零件，常用硬質(zhì)合金鋼或鋼結(jié)硬質(zhì)合金，對于諸如汽車覆蓋件沖模這樣大型模具工作零件，常選用合金鑄鐵。 因而，經(jīng)過分析可知，該硅鋼片零件的沖壓模材料采用合金工具鋼。 5.2 模架的選擇 模架由上、下模座及導(dǎo)柱導(dǎo)套構(gòu)成。對模架的基本技術(shù)要求有: (1)要求有足夠的強度與剛度，以保證工作時整個模具系統(tǒng)的穩(wěn)定。 (2)要有足夠的精度，如上、下模座上、下平面均要平行；導(dǎo)柱、導(dǎo)套要與上、下模座垂直；模柄要與上模座垂直。 (3)上、下模座之間的導(dǎo)向要精確，導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的間隙要合理，以保證上、下模之間的運動平穩(wěn)、順暢，不移位或很少移位。 模座分上模座和下模座，它們是沖模全部零件安裝的基體，又承受和傳遞沖裁力，因此它要具有足夠的強度、剛度和足夠大的外形尺寸。上模座通過模柄安裝在沖床的滑塊上，下模座用壓板和螺栓固定在工作臺上。上、下模座通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套的連接而形成模架，模座要有足夠的的厚度，一般取凹模厚度的1—1.5倍。矩形模板的長度比矩形凹模長度大40mm—70mm，其寬度應(yīng)稍大于凹模寬度。模座的外形尺寸必須大于沖床工作臺落料孔尺寸，通常每邊大40mm。模板常用灰鑄鐵制造，該材料有良好的吸振性。模座、導(dǎo)柱、導(dǎo)套及模柄等零件組成模架，模架已經(jīng)納入冷沖模國家標準。 根據(jù)凹模的周界尺寸，查《沖壓手冊》相關(guān)資料，模具采用后側(cè)導(dǎo)柱滑動導(dǎo)向模架，根據(jù)以上計算結(jié)果，可查得模架規(guī)格為： 上模座 16012535 GB/T 2855.5 圖5.1 上模座 下模座 16012540 GB/T 2855.6 圖5.2 下模座 導(dǎo)柱 A25h6130 GB/T 2861.1 圖5.3 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 A25H78533 GB/T 2861.6 圖5.4 導(dǎo)套 5.3 模柄的選用 中小型模具一般均通過模柄固定在壓力機的滑塊上，對于大型的模具可用螺釘、壓板直接將上模座固定在滑塊上。 根據(jù)壓力機的規(guī)格，及滑塊模柄尺寸。模柄直徑可取與模柄孔相等，采用間隙配合，模柄長度應(yīng)小于?？咨疃?mm—10mm，模柄支撐面垂直于模柄的軸線，垂直度不應(yīng)超過0.02：100。 選擇壓入式模柄 型號 A4090 GB 2862.1-81A3 規(guī)格為直徑40mm，高為90mm。 模柄的三維圖如下圖所示： 圖5.5 模柄 5.4 卸料裝置 卸料結(jié)構(gòu)就是用于將條料、廢料從凹模上卸下的裝置，剛性卸料裝置結(jié)構(gòu)簡單，僅由固定卸料板構(gòu)成，一般安裝在下模的凹模上，固定卸料板的平面外形尺寸一般與凹模板相同，其厚度可取凹模板的0.8倍～1倍，當卸料板僅起卸料作用時，卸料孔與凸模之間的單邊間隙可取板料厚度0.1～0.5倍，當固定兼起導(dǎo)板作用時，凸模與導(dǎo)板之間一般按H7/h6配合。 本模具采用固定卸料裝置，該裝置卸料力大，卸料可靠，沖裁時坯料得到壓緊，適用與較硬、較厚且沖裁精度中等的沖裁件。 卸料板材料選A5鋼，不用熱處理淬硬。 5.5 其他固定零件 其他固定零件主要指凹模、凸模固定板、墊板、螺釘和銷釘?shù)取９潭ò逯饕怯糜谛⌒屯?、凹模等工作零件的固定，凹模固定板的外形與凹模輪廓尺寸基本一致的，厚度可以按經(jīng)驗公式取為（0.6—0.8）Hd，Hd為凹模厚度，在必須進行凸模固定板的設(shè)計時，其平面尺寸除保證凸模的安裝外，應(yīng)有足夠大的尺寸來安放螺釘和銷釘。 墊板裝在固定板與上模座之間，它的作用是承受凸模和凹模的壓力，防止過大的沖裁力在上、下模板上壓出凹坑，而影響模具的正常工作，型號選為A70 GB 2859.4-81。 螺釘與銷釘都是標準件，設(shè)計模具時按標準選用即可，螺釘是用于固定模具的零件，而銷釘則起定位作用。模具廣泛應(yīng)用的是內(nèi)六角螺釘和圓柱銷釘，其中的螺釘和的銷釘最為常用。 表5.1 模具零件結(jié)構(gòu)尺寸 序號 名稱 長×寬×厚(mm) 材料 型號 數(shù)量 1 墊板 70×40×6 45鋼 A70 GB 2859.4-81 1 2 凸模固定板 74×40×25 45鋼 A20 GB 2859.3-81 1 3 卸料板 160×120×12 A5鋼 1 4 擋料銷 45鋼 A8×4×3 GB 2866.11-81 1 擋料裝置：擋料裝置對人工送料提供進給量的依據(jù)。當材料與擋料裝置的定位面（邊）接觸時，即停止進給。擋料裝置在單工序落料或復(fù)合模中，主要作用是保持沖件輪廓的完整和適量的搭邊。 固定擋料銷：圓柱擋料銷，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，廣泛應(yīng)用于各類沖裁模；鉤形擋料銷，因其固定孔離刃口較遠，因此凹模強度較好，適用于厚料沖裁時的擋料。由于擋料銷有定向要求，結(jié)構(gòu)上帶有防轉(zhuǎn)定向銷。 模具裝配采用固定擋料銷，考慮沖裁件的搭邊值過小，采用圓柱擋料銷，使用45鋼，型號為A8×4×3 GB 2866.11-81。 擋料銷三維圖如下圖所示： 圖5.6 擋料銷 圖5.7 擋料銷的結(jié)構(gòu)形式 5.6 模具總裝圖和明細表 圖5.8 裝配圖 1——下模座； 2——凹模； 3——導(dǎo)料板；4——卸料板； 5——凸模固定板； 6——墊板； 7——上模座；8——模柄； 9——銷釘； 10——六角螺釘； 11——導(dǎo)套； 12——凸模； 13——導(dǎo)柱； 14——擋料銷；15——側(cè)壓裝置 6 模具零件加工工藝 在模具制造中，每個零件都具有復(fù)雜性與特殊性，相互之間具有整體配合性，這給編制模具加工工藝帶來了不同的要求，一份好的工藝編制文件，能影響生產(chǎn)成本與產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)就模具加工工藝的編制作如下規(guī)則： 6.1 工藝編制的基本原則與注意事項 編制工藝的基本原則。根據(jù)自己的人力、物力基礎(chǔ)和客戶提供的數(shù)據(jù)或圖紙的要求，盡快地編制切實可行的工藝文件，制造出高品質(zhì)的產(chǎn)品，具有使用性。在這個基本原則構(gòu)筑的框架中，快、好、省是核心內(nèi)容，貫穿于編制的始終。 ⑴ “快”：它要求在最短的時間內(nèi)編制出耗時最短的工藝文件，工作中要注意以下四點： ①平時，最好是操作過每一臺機床，對加工十分了解，以適應(yīng)模具零件復(fù)雜性與特殊性的要求，做到拿到一份圖紙，能夠很快地確定最佳加工流程，提高速度。 ??? ②確定合理的最小加工余量。在上下工序，粗精工序之間，留出必要的加工余量，減少各工序的加工時間。 ??? ③由于模具零件多為單件、小批、工藝卡片不能像批量產(chǎn)品一般仔細詳盡，但要力求一目了解，無有遺漏，關(guān)鍵工序要交待清楚加工注意事項，寫出操作指導(dǎo)，以減少操作者的適應(yīng)時間，減少加工失誤。 ??? ④對于加工過程中需要的夾具、量具、輔助工具應(yīng)當先行設(shè)計，提前做好準備。 ?? ⑵ “好”：它要求工藝員能夠編寫出最合理、最佳的工藝文件，預(yù)防處理加工過程中出現(xiàn)的問題，它也是衡量一個工藝員是否優(yōu)秀的標準之一。主要應(yīng)注意以下幾點： ??? ①合理的編排熱處理工藝。模具產(chǎn)品的一個特點就是材料的機械性能，熱處理要求十分嚴格，凸凹模、固定板等關(guān)鍵零件，在開始階段要安排退火、改善加工性能，在進行淬火后，要進行時效，消除應(yīng)力變形。 ??? ②嚴格區(qū)分粗精加工藝。一般地，粗、精工藝的劃分由熱處理工藝來決定，在最終熱處理后的加工多為精加工。余量要盡量安排在粗加工階段完成，以減少刀具的損耗和采用電加工的電極、電極絲損耗。 ??? ③要運用預(yù)處理工藝措施。對于一些中間去除材料較多的凹模，凸模固定板等零件，在精加工之前應(yīng)采用單邊留量0.5㎜左右，先加工出大致形腔，然后淬火時效，再精加工的方法，以消除加工內(nèi)應(yīng)力變形。對于一些薄壁零件，如卸料套，要預(yù)加工出一個加強工藝臺，以防止加工夾持變形。 ??? ④適當?shù)亓舫黾庸せ鶞?。在生產(chǎn)中常會遇見加工基準無法與設(shè)計基準重合的問題，這時候，就要預(yù)加工一個工藝基準，以便于各工序加工。對于級進模之類的高精度產(chǎn)品，還需要進行尺寸精度換算。 ??? ⑤要采用專業(yè)術(shù)語。在工藝文件中要充分運用大家熟知的專業(yè)術(shù)語和加工表達方法，清楚地傳達加工意圖，要避免彩和“加工到圖紙”，“形狀尺寸公差到要求”之類的模糊語言，要做到工藝與圖紙有機結(jié)合，使當事人明白該干什么，該怎樣干，這樣也便于檢驗人員進行檢測。 熱點模具網(wǎng) ?? ⑶“省”：就是要充分節(jié)約人力、物力、財力、提高單位生產(chǎn)效率。主要應(yīng)注意以下幾點： ??? ①運用機械加工工藝學(xué)和統(tǒng)籌學(xué)的觀點，對于模具之類的單件，小批產(chǎn)品，要采用集中工序加工的原則，盡量安排在一臺機床上加工，縮短工藝流程，這樣可減少裝夾、識圖、計算等重復(fù)勞動時間，減少轉(zhuǎn)序、交檢的時間，提高生產(chǎn)效率。 ??? ②對每臺機床加工的工時定額有充分的估計，能快的盡量不采用慢的，能粗加工解決的，決不上精加工機床，這樣也有利于保護機床的精度和使用期限，節(jié)約成本。 ??? ⑷ 板類、軸類、異形類零件的加工在模具零件中，板類零件較多，主要有固定板、上下模板、卸料板、墊板等，此類零件的加工具有一些共性，以級進模的固定板為例，其工藝流程可概括為：下料→鍛造→退火（正火）→銑削→粗磨→加工中心→淬火→半精磨→時效（去應(yīng)力退火）→精磨→線切割、電火花。軸類模具零件，以凸、凹模居多，其加工工藝流程一般為：下料→退火→車→淬火（或調(diào)質(zhì)）→研頂尖孔→粗磨→時效→精磨→鉗工。在調(diào)質(zhì)精磨后，根據(jù)需要還可進行發(fā)藍、滲氮等表面處理。針對異形類零件的不同要求，編制工藝時可區(qū)別對待，力求加工工藝最優(yōu)化。 ??? ⑸ 組配加工類零件的加工對于一整副模具而言，有些零件由于使用性能上的要求，需要進行組配加工。作為一名工藝員要了解零件與零件之間的裝配關(guān)系及零件在整副模具中的作用，從而合理安排組合或配作工藝是極為重要的。對于級進模具來說，零件尺寸絕大部分由設(shè)計決定，需進行配作加工的零件很少，現(xiàn)就一些需配作的零件及部位提示如下： ①上、下模架的導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔。 ??? ②模具沖壓時的限位柱高度。 ??? ③切斷、開條時上、下刀的間隙。 ??? 模具加工工藝的編制具有很強的可塑性，要肯用心、肯動腦、經(jīng)過不斷總結(jié)、不斷改進，就能夠加工出物美價廉的產(chǎn)品。 6.2 模具主要零件加工工藝過程 模具制造工藝規(guī)程的過程為： ⑴分析模具的工藝性。在充分理解模具結(jié)構(gòu)、用途、工作原理和技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，分析模具材料、零件形狀、尺寸和精度要求等工藝性是否合理，找出加工技術(shù)難點，提出合理的加工方案和技術(shù)保證措施。 ⑵確定毛坯形式。根據(jù)零件材料類別、零件的作用和要求等確定哪些零件屬于自制件、外購件和外協(xié)件，對于自制件，確定毛坯形式，并填寫毛坯備料清單。 ⑶進行二類工具的設(shè)計和工藝編制。設(shè)計加工模具使用的二類工具和并編制其制造工藝。專用二類工件的設(shè)計原則應(yīng)該符合模具生產(chǎn)特點。 ⑷填寫工藝規(guī)程內(nèi)容。即將模具制造工藝內(nèi)容用文件的形式確定下來，并按一定的表格形式填寫。 模具主要零件工藝規(guī)程： 表 6.1 凸模的加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 設(shè)備 1 備料 準備554565（mm）的方形坯料 2 粗銑 銑六平面至尺寸50.540.558.5（mm） 銑床 3 精銑 銑削到各留0.15mm磨削余量尺寸 銑床 4 磨削 磨削到各留0.05mm研磨余量尺寸 磨床 5 熱處理 熱處理硬度6064HRC 6 研磨 研磨凸模至504058（mm） 手工 7 檢驗 表 6.2 凹模加工工藝規(guī)程 材料:Gr12 硬度: 60～64 HRC 序號 工序名 工序內(nèi)容 1 備料 條料鋸切(退火狀態(tài))150×120×30（mm） 2 粗銑 銑六面到尺寸147.3×115.3×27.5（mm）,注意兩大平面與兩相鄰側(cè)面用標準角尺測量達基本垂直 3 精銑 銑削到各留0.15mm磨削余量尺寸 4 熱處理 淬火 使硬度達60～64 HRC 5 平面磨 磨削到各留0.2mm研磨余量尺寸 6 線切割 割凹模洞口,并留0.01～002mm研余量 7 鉗 ① 研磨洞口內(nèi)壁側(cè)面達0.8μm ② 配推件塊到要求 8 鉗 用墊片層保證凸模與凹模間隙均勻后,凹模與上模座配作銷釘孔 9 研磨 研磨凹模板上平面厚度達要求 10 鉗 總裝配 表 6.3 凸模固定板加工工藝規(guī)程 材料:45鋼 硬度: 24～28 HRC 序號 工序名 工序內(nèi)容 1 備料 氧割 80×45×30（mm） 2 熱處理 調(diào)質(zhì) 硬度24～28 HRC 3 粗銑 銑六面達74.5×40.5×20.5（mm）,并使兩大平面和相鄰兩側(cè)面