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消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計
摘 要
本設(shè)計分析消音器前蓋沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu), 論述了級進(jìn)模的設(shè)計過程, 同時還介紹了模具關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、彈簧、擋料銷、導(dǎo)正銷等。模架采用標(biāo)準(zhǔn)模架，選用了合適的沖壓設(shè)備。設(shè)計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進(jìn)行了必要的校核計算, 實踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,生產(chǎn)的零件符合要求。
關(guān)鍵詞：級進(jìn)模，浮頂裝置，沖孔，拉伸，翻孔，落料
The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design
Abstract
This project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement.
Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut
單位代碼
學(xué) 號
分 類 號
密 級
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計
文獻(xiàn)綜述
院（系）名稱 工學(xué)院機械系
專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
20xx年03月10日
沖壓成形特點以及發(fā)展趨勢
摘 要
本文論述了冷沖壓件成形的相關(guān)理論、變形機理和工藝設(shè)計步驟及沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化的基本原則。介紹其成型原理、成形工藝及其結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化過程和沖壓成型的特點以及沖壓成型所用材料，以及冷沖壓成形的現(xiàn)狀，以使沖壓成形工藝的加工方法得到推廣、應(yīng)用和優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：沖壓，成型，優(yōu)化。
0 前言
沖壓技術(shù)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)生產(chǎn)中必不可少的加工方法，在電子產(chǎn)品中，沖壓件約占80%～85%；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中，沖壓件約占75%～80%；在輕工業(yè)產(chǎn)品中，沖壓件約占90%以上。此外，在航空及航天工業(yè)中，沖壓件也占有很大的比例。其材料利用率高，可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件，形狀和尺寸精度方面的互換性好，生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化，在工農(nóng)業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。由于薄壁零件特別是復(fù)雜的薄壁零件不適于用傳統(tǒng)的成形加工方法，因此需要采用冷沖壓加工工藝。[1]
設(shè)計開題前，在指導(dǎo)老師的解說下，我對沖壓件的成形方法及沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化等有了初步的了解。沖壓成型加工具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好等優(yōu)點，在各種板材、帶材的成形加工中，具有明顯的綜合經(jīng)濟效益。
在此期間我也查了一些資料使我對滾壓成型的原理以及特點有了初步了解。為此次畢業(yè)設(shè)計的開始作了充分的準(zhǔn)備
1 沖壓成形的特點與基本規(guī)律
沖壓成形是塑性加工的一種方法。雖然它也是利用材料的塑性變形能力，改變其幾何形狀與尺寸，從而達(dá)到?jīng)_壓成形的目的，但是，由于沖壓成形所用板料毛坯的幾何特點和所用設(shè)備與模具的特殊性，使沖壓成形除具有塑性加工普遍存在的特點和遵循其一般的變形規(guī)律外，它還具有一些與一般的壓力加工不同的特點與獨特的規(guī)律。[2]
1.1 沖壓成形的特點
在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用的沖壓成形工藝方法很多，有多種形式和名稱，但它們在本質(zhì)上是相同的，都是使平面形狀的板料毛坯，在力的作用下，按既定的要求產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形，從而完成一定形狀與精度零件的制造工藝。從利用原材料的塑性進(jìn)行加工這個原則看，它和其他所有的塑性加工方法是一樣的，但是，由于沖壓成形中的毛坯是厚度遠(yuǎn)小于板平面尺寸的板料以及由此決定的外力作用的方式與大小等原因，致使沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點。[3]
(1) 數(shù)值不大的垂直與板面方向的單位壓力，即可引起在板面方向上數(shù)值足以使板材產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)應(yīng)力。
(2) 在沒有抗失穩(wěn)裝置拘束作用的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地進(jìn)行沖壓成形過程。
(3) 在沖壓成形時，板料毛坯里的內(nèi)應(yīng)力數(shù)值接近或等于材料的屈服應(yīng)力，有時甚至小于板料的屈服應(yīng)力。
(4) 在沖壓成形時，模具對板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度較輕。
由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點，致使沖壓技術(shù)也形成了自己的一些與一般塑性加工不同的特點。
(1) 由于不需要在板料毛坯的表面作用數(shù)值很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強度與剛度的研究并不十分重要，相反的卻發(fā)展了許多簡易模具技術(shù)。
(2) 因沖壓成形時的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài)，當(dāng)前對沖壓成形中毛坯的變形與力能參數(shù)方面的研究較為深入，有條件運用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工。
(3) 人們在對沖壓成形過程有了較為深入的了解后，已經(jīng)認(rèn)識到?jīng)_壓成形與原材料有十分密切的關(guān)系。
1.2沖壓成形中毛坯的分析
在沖壓成形過程中，為使板料毛坯改變起原始形狀成為零件，必須在毛坯各部分之間形成一定的受力與變形關(guān)系。每一種沖壓成形方法都要求毛坯各部分之間存在一定的力與變形的關(guān)系。這是能夠順利地完成沖壓成形的基本保證，所以對毛坯進(jìn)行受力與變形方面的分析是十分必要的。[4][12][13]
在沖壓成形過程中各個區(qū)（部分）之間是在相互轉(zhuǎn)化而不斷變化的，例如待變形區(qū)內(nèi)的板料不斷地進(jìn)行變形區(qū)，而變形區(qū)的金屬又可能不斷地進(jìn)入已變形去并承擔(dān)起傳力的作用等。
對變形區(qū)與不變形區(qū)的判斷，當(dāng)然可以直觀地根據(jù)該部分毛坯是否在改變起形狀來決定。不過，有時候變形區(qū)的形狀與尺寸并不發(fā)生變化（如再次拉深時的變形區(qū)），所以最根本的判斷方法是：如果毛坯內(nèi)某個部分內(nèi)任意兩點的距離不產(chǎn)生變化，也就是它們之間不產(chǎn)生相對的位移，即使該部分產(chǎn)生總體的位移，或做等角速度的轉(zhuǎn)動，這部分也不一定不是變形區(qū)，而是非變形區(qū)。[5]
1.3??沖壓變形的分類
在沖壓加工的技術(shù)工作與生產(chǎn)管理工作中，根據(jù)各自不同的需要與目的，按不同的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)了許多分類方法。
從本質(zhì)上看，沖壓成形就是沖壓毛坯的變形區(qū)，在力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形，所以變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和變形性質(zhì)應(yīng)該是決定成形性質(zhì)的基本因素。因此，根據(jù)變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和變相特點進(jìn)行的沖壓成形分類方法，可以把成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個類型并進(jìn)行體系化的研究。
2 沖壓加工與傳統(tǒng)加工方法的比較
2.1板料沖壓加工的優(yōu)點
(1) 材料利用率高。
(2) 可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件。
(3) 沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性好。
(4) 能獲得質(zhì)量輕而強度高、剛性好的零件。
(5) 生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實現(xiàn)機械化和自動化。
沖壓生產(chǎn)設(shè)備由剪床和沖床。剪床是用來將板料剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。[6][14]
2.2傳統(tǒng)板料加工的缺點
(1) 材料利用率低。
(2) 不能加工形狀復(fù)雜的零件，成形的零件質(zhì)量差。
(3) 生產(chǎn)效率低，全部是人工操作。
3 冷沖壓加工的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
3.1 沖壓技術(shù)的歷史與應(yīng)用現(xiàn)狀
在20世紀(jì)50年代，沖壓技術(shù)還處于主要依靠從實踐中總結(jié)出來的沖壓工藝方法和工藝參數(shù)，能夠制造出具有典型特征與規(guī)則形狀的沖壓件。但是對所應(yīng)用的沖壓成形方法的變形機理和沖壓成形的規(guī)律并不十分了解，缺少必要的理論基礎(chǔ)知識作為實際工作的指導(dǎo)。因此，當(dāng)沖壓生產(chǎn)中遇到與變形機理有關(guān)較為復(fù)雜的問題時，就會感到束手無策，無從著手，致使問題長時間得不到解決。到20世紀(jì)末，沖壓技術(shù)有了很大的進(jìn)步，人們已經(jīng)對常用的各種工藝方法的成形機理有了基本的了解，也總結(jié)出一些可以作為沖壓成形理論內(nèi)容的沖壓變形規(guī)律，可以在對沖壓成形機理深入了解的基礎(chǔ)上，開發(fā)更為先進(jìn)的沖壓工藝方法和改進(jìn)沖壓工藝過程。
隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展，沖壓技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中占有十分重要的地位，是國防工業(yè)和民用工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的加工方法。在國防工業(yè)中，特別是飛機的制造中，沖壓成形以成為必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。在民用工業(yè)中，在電子產(chǎn)品中沖壓件約占80%~85%；在汽車、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中沖壓件約占75%~80%；在輕工業(yè)產(chǎn)品中，沖壓件約占90%以上。[7][15]
3.2沖壓工藝的研究
隨著計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展，眾多融合了計算機圖形學(xué)、有限元技術(shù)和塑性成形理論的模擬軟件開始出現(xiàn)，例如DYNAFORM, PAM-STAMP. LS-DYNA3D, AUTOFORM,OPTRIS, ABAQUS/EXPLICIT等，得到了許多工業(yè)部的重視和應(yīng)用。美國的GM,Ford, Chrysler,德國的大眾、奔馳，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)等大型汽車制造公司，己開始應(yīng)用這類軟件指導(dǎo)板料成形件的開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。數(shù)值分析技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢在薄板沖壓成形領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。美國、日本等世界一流的科學(xué)研究中心采用有限元數(shù)值模擬和網(wǎng)格技術(shù)對零件、模具、沖壓工藝和材料性能之間的相互適應(yīng)性進(jìn)行了三維動態(tài)仿真分析，涉及領(lǐng)域之廣泛、研究成果之顯著，引人矚目。我國在板料成形數(shù)值模擬方面起步較晚，較發(fā)達(dá)國家(美、日等)晚了十幾年。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在板料成形數(shù)值模擬方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但主要集中在部分高校里，華中理工大學(xué)針對不完全對稱盒形件的成形特點，開發(fā)了有限變形彈塑性薄膜有限元程序?qū)ζ溥M(jìn)行分析研究。吉林工業(yè)大學(xué)采用更新的Lagrange法以及有限元變形虛功率增量型原理的彈塑性大變形有限元法，研究了金屬板料成形的塑性流動規(guī)律以及成形過程中發(fā)生的起皺、裂紋等現(xiàn)象，首次提出了多點成形時非連續(xù)接觸邊界約束的處理方法，建立了基于Mindlin殼理論三維金屬板料成形過程分析的有限元模型，編制了用于板料多點成形分析的有限元專用軟件，成功分析了多點成形時的金屬流動規(guī)律。[8]哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用剛粘塑性本構(gòu)關(guān)系，開發(fā)了粘塑性板殼成形有限元分析程序，并對方盒件的成形過程進(jìn)行了分析；:對板料粘性介質(zhì)脹形過程中的應(yīng)變速率變化也進(jìn)行了模擬研究。北京航空航天大學(xué)對板料成形過程中的接觸摩擦和懸空區(qū)起皺進(jìn)行數(shù)值模擬。上海鐵道學(xué)院的李堯臣用有限元法模擬了金屬板材的沖壓成形過程，分析了金屬板材在沖壓過程中的屈曲現(xiàn)象，建立了增量形式的變分原理，跟蹤了板料起皺的發(fā)展、折疊、衰減的全過程。上海交通大學(xué)對板料成形的回彈進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，提出在板料回彈模擬中采用修正的拉格朗日法較為合適。[11]
板料成形數(shù)值模擬技術(shù)的一個突出成就是實現(xiàn)了汽車覆蓋件的成形模擬，通過對板料成形過程進(jìn)行高精度數(shù)值模擬，可以觀察沖壓速度、模具間隙、摩擦因素等對成形性能的影響。在汽車覆蓋件模擬方面，F(xiàn)ord公司的S.C.Tang作了長期的卓有成效的研究，早在1980年就用小變形有限元程序分析了當(dāng)汽車車身零件成形中采用曲面壓料面時，壓邊圈夾緊階段工件的變形。C.Q.Du等還對轎車頂弧(roofbow)、后加強板(rail reinforcement)、輪轂(disk wheel)成形時的回彈題進(jìn)行了模擬研究，日本的板料成形研究協(xié)會更是開發(fā)了模擬軟件ROBST，該軟件與MitsubishiCAD/CAM系統(tǒng)連接后設(shè)計出來的覆蓋件模具，已初步在生產(chǎn)實際中得到驗證。Mazda Motor用PAM-STAMP分析了邊框外覆蓋件。我國對復(fù)雜汽車覆蓋件成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)也進(jìn)行了探索，林忠欽等運用有限元軟件AUTOFORM和LSDYNA3D對SANTANA2000的外側(cè)板的成形過程進(jìn)行了模擬，包向軍等運用LS-DYNA3D，在綜合考慮了毛坯尺寸、壓邊力、拉延筋的布置等因素的情況下，實現(xiàn)了汽車內(nèi)門板的優(yōu)化設(shè)計。[9]
3.3沖壓技術(shù)存在的問題
(1) 理論研究還不完善，尚需進(jìn)一步加強理論工作；
(2) 沖壓件的工藝制定之后，還需要進(jìn)行試驗，并根據(jù)試驗的結(jié)果修正工藝規(guī)程，這一點在復(fù)雜沖壓件成形過程中尤為突出，占用了生產(chǎn)時間的很大一部分；
(3) 沖壓模擬仿真在我國的應(yīng)用率還有待提高。[10]
4 結(jié)束語
由于具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品重量輕，可沖壓出形狀復(fù)雜的零件等優(yōu)點，因此，在汽車、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。同時在輕工業(yè)，軍工等行業(yè)所占的比例也有增長的趨勢。
但同是我們也應(yīng)看到，我國在沖壓領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家還有很大的距離，我們必須以更大的步伐更快的速度占領(lǐng)這個領(lǐng)域。
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高速加工和現(xiàn)代模具制造
一、概述
1．目前模具制造的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業(yè)部門中，占有舉足輕重的地 位。工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的 75%，精加工的 50%及塑料零件的 90%將由模具完成。目前中國模具市場需求 已達(dá) 500 億元之規(guī)模。汽車模具、特別是覆蓋件模具年增長速度將超過 20 %；建材模具也迅速發(fā)展， 各種異型材模具、墻面和地面模具成為模具的新增長點，今后幾年塑料門窗和塑料排水管增長將超過 30 %；家電模具年增長速度將超過 10 %；IT 業(yè)年均增長速度超過 20 % ，對模具的需求占模具 市場的 20 %。 2004 年中國機床工具工業(yè)產(chǎn)值將繼續(xù)增長。 我國模具制造市場潛力巨大。 根據(jù)資料統(tǒng)計， 近年來，我國模具的年總產(chǎn)值達(dá)到 30 億美元，進(jìn)口超過 10 億美元，出口超過 1 億美元。增長從 1995 年的 25% 增加到 2005 年的 50%。國外專家預(yù)言：亞洲在全球模具制造中占據(jù)的份額，將從 1995 年的 25%增加 至 2005 年的 50%。
中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，形成了華東和華南兩大基地，并且逐漸擴大到其他省份。(山東,安徽,四川) 1996 年～2002 年，模具制造業(yè)產(chǎn)值年平均增長 14%，2003 年增長 25%。2003 年我國模具產(chǎn)值為 450 億人 民幣。總產(chǎn)量位居世界第 3，出口模具 3.368 億美元，比上年增長 33.5%。但是，我國技術(shù)含量低的模具已 供過于求，精密、復(fù)雜的高檔模具很大部分依靠進(jìn)口。每年進(jìn)口模具超過 10 億美元。出口超過 1 億美元精 密模具精度要求在 2～3μ m,大型模具需要滿足 8000kN 合模力注塑機的要求;小型模具需滿足直徑 1mm 塑料管的要求。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢，在國外一些模具生產(chǎn)廠家，高 速機床大面積取代電火花機床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率。機床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)企業(yè)，有的加 工中心生產(chǎn)廠機床的 60%以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國外的模具制造 企業(yè)已經(jīng)普遍采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大趨勢，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 采用高速切削替代電火花生產(chǎn)模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長。
2．高速加工在模具制造中的應(yīng)用
2．1 高速切削的優(yōu)點：
1）刀具的高轉(zhuǎn)速和機床的高進(jìn)給以及高加速度，大大提高金屬切除率；
2) 高速切削減小切削力；
3）高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少；
4）高速切削減少振動，提高加工質(zhì)量；
2．2 高速加工應(yīng)用于模具加工的效益
1）快速粗加工和半精加工，提高加工效率；
2) 高速高精度精加工硬切削代替光整加工， 表明質(zhì)量高， 形狀精度提高， EDM 加工提高效率 50%， 比 減少手工修磨；
3）硬切削加工最后成型表面， 提高表面質(zhì)量、 形狀精度， (不僅是表面粗糙度低， 而且表面光亮度高)， 用于復(fù)雜表面的加工更具優(yōu)勢；
4）避免 EDM 加工產(chǎn)生的表面損傷，提高模具壽命 20%；
5) 結(jié)合 CAD/CAM 技術(shù)快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類電極。
3． 采用高速切削加工模具需要解決的問題
在國內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段。 還存在機床、刀具、 工藝以及其他方面的一些問題需要逐步解決。 缺點是加工成本高，對刀具的使用有較高的要求，不能使用 過大的刀具，要有復(fù)雜的計算機編程技術(shù)做支持，設(shè)備運行成本高。
二、 加工模具的高速加工機床
模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機床,模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機床等。許多機床企 業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)，有的加工中心生產(chǎn)廠機床的 60%以上賣給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有 50 億元的6固定資產(chǎn)投入，其中 80%是購買模具加工設(shè)備，也就是說每年有 40 億元人民幣要購買金切機床。目前我國 數(shù)控機床的平均利用率大約 20%，高速機床的利用率 3～5%。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁徺I高速機床，從 6000～40000rmp 的都有。
1．高速機床的技術(shù)參數(shù)要求 加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機床一般要達(dá)到 15000～ 20000rmp。通常主軸轉(zhuǎn)速在 10000rpm 以下的機床可以進(jìn)行粗加工和半精加工，達(dá)不到精加工的精度；無法 達(dá)到 400m/min 以上的切削速度。
2． 五軸機床的應(yīng)用增加趨勢
1）加工路線靈活，表面形狀復(fù)雜；
2)加工范圍大，適合多種類型模具加工；
3)切削條件好，減少刀具磨損，提高刀具壽命；
3. 購買 CAD/CAM 軟件和高速機床配套 據(jù)統(tǒng)計，每年有幾十億美元用于進(jìn)口機床，大部分電加工機床和高速機床需要進(jìn)口。
三、高速切削模具的刀具技術(shù)
高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進(jìn)展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì) 合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼 (PCBN)刀片,其硬度可達(dá) 3500～4500HV。聚晶金剛石(PCD)其硬度可達(dá) 6000～10000HV。近年來德國 SCS、 日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀 具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具,還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具 異軍突起,在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工 上的瓶頸問題不再會出現(xiàn)在刀具上。
但是，進(jìn)口刀具的昂貴價格也阻礙高速切削模具的重要因素。
一般來說,刀具以及刀夾的加速度達(dá)到 3g 以上，刀具的徑向跳動要小于 0.015mm，而刀的長度不能大于 4 倍的刀具直徑。根據(jù) SANDVIK 公司的實際統(tǒng)計，在使用碳氮化鈦(TICN)涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀 (58HRC)進(jìn)行高速銑削時,粗加工刀具線速度約為 100m/min,而精加工和超精加工時,其線速度超過了 280m/min。這樣對刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性(高溫狀態(tài)下保持切削性能))、刀具的形狀(包括排屑 性能、表面精度、動平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。根據(jù)國內(nèi)模具高速精加工的經(jīng)驗，采用小直 徑球頭銑刀進(jìn)行模具精加工時，線速度超過了 400～800m/min。選擇足夠高速度的機床硬切削模具精加工。 Delcam 采用 0.8mm 直徑的刀具加工窄槽，轉(zhuǎn)速 40000rpm，0.1mm 深度，進(jìn)給速度 30m/min。.
1． 選擇刀具參數(shù)，如負(fù)前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能 力強；
2. 采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。
3． 采用高速刀柄，目前應(yīng)用最多的是 HSK 刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體動平衡；
4． 當(dāng)前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)做了很多工作，面向加工的刀具服務(wù)會幫助解 決很多問題，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)。
四、 提高高速切削模具效率的工藝技術(shù)
1． 刀具直徑和長度的選擇
2． HSM 和 EDM 的選擇
3． 干切削和潤滑冷卻
4． 進(jìn)給選擇：通常進(jìn)給量< 銑刀直徑 10%，進(jìn)給寬度< 銑刀直徑 40%。
根據(jù)材料情況合理選擇加工工藝參數(shù)
國外高速銑削加工零件材料質(zhì)量較，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相同,加工性能比較穩(wěn)定；而國外公司生產(chǎn)的刀具也 是以他們的材料標(biāo)準(zhǔn)做試驗；推薦的加工參數(shù)一般比較適合他們的標(biāo)準(zhǔn)，如果使用他們的刀具，與國內(nèi)的 零件材質(zhì)有一定的區(qū)別,在高速銑削時,這種差別表現(xiàn)得較為明顯，有些參數(shù)可以直接應(yīng)用，但有些效果就比 較差。而國內(nèi)企業(yè)一般選用零件材質(zhì)有一定的標(biāo)準(zhǔn),所使用的零件材料，特別是能用高速加工的零件材質(zhì)，一般會局限在某些零件材料范圍內(nèi),這對我們應(yīng)用高速加工技術(shù)也提供了有利的條件，會在較少的加工材料 范圍內(nèi)應(yīng)用。這里要強調(diào)的是，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)，并且納 入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用國產(chǎn)刀具,很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的,有必要做試驗,取得比較滿意的參數(shù),最好選 用固定的刀具生產(chǎn)廠家,減少試驗的次數(shù),形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這樣可以提高設(shè)備有效利用率,降低生產(chǎn)成本,可 以取得較好的經(jīng)濟效益。
五、 高速切削的加工刀具路徑和編程
1） 平面進(jìn)給路徑選擇
2） 輪廓加工路徑選擇
3） 保持切削載荷平穩(wěn)
4） 保持相對平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度
5） 在平面切削中保持園拐角
6） 合理選擇精加工余量
HSC 精加工對 CAM 的編程要求：1）盡量避免拐角的銑削運動；2）盡量避免工件外的進(jìn)刀與退刀運 動，直接從輪廓進(jìn)入下一個深度。或者采用螺旋線或斜向進(jìn)給切入； 3）恒定每刃進(jìn)給，提高質(zhì)量，延長刀具壽命；4）輪廓加工保持在水平面上等。高速切削 CAM 軟件： Delcam 公司幾年前就開始了高速切削加工編程技術(shù)的研究，開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；最近， MasterCAM 公司也開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；國內(nèi)北航海爾也在開發(fā)高速切削自動編程軟件模 塊；
六、 高速機床數(shù)控系統(tǒng)的特點
1） 高速數(shù)據(jù)處理
2） 拐角預(yù)測處理
3） NURBS 非有理樣條插補曲線加工
高速切削模具的安全問題 ：
1)刀具磨損和破壞的監(jiān)測；
2) 刀片連接的強度；
3) 和普通機床加工不同，安全防護(hù)和開機前對機床和刀具的嚴(yán)格檢查非常重要。
七、 目前我國在采用高速加工模具技術(shù)中存在的問題
1． 機床
1） 國產(chǎn)高速機床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求。包括電主軸的功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn) 口機床價格高；
2） 機床的高速下動態(tài)特性研究還不夠，因而影響整機的性能；
3） 五軸機床還不夠成熟，進(jìn)口機床價格太高；
4） 配套技術(shù)和設(shè)備還不完全。
2． 刀具：
1） 國產(chǎn)刀具還不能夠適應(yīng)高速切削的應(yīng)用，特別是高速硬切削光整加工。進(jìn)口刀具價格高。刀具技 術(shù)是影響高速切削加工模具的一個重要因素。
2） 配套技術(shù)還不夠，包括刀柄、成套在線動平衡等。
3． 高速模具加工工藝技術(shù)及實驗
1） 由于高速加工模具的歷史比較短，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗積累；
2） 對高速切削工藝研究比較少，投入不夠，立項比較困難；
3） 缺少高速切削數(shù)據(jù)庫或手冊，目前還是空白；
4） 模具生產(chǎn)廠家對高速切削的認(rèn)識不夠，缺乏長期效益的分析對比；
4． 缺乏高速切削自動編程軟件；
5． 缺乏五軸聯(lián)動高速切削自動編程 CAM 軟件。
結(jié)束語
模具市場對高速加工有強烈需求，但是技術(shù)跟不上。起步晚，基礎(chǔ)較差，整體技術(shù)水平不高，發(fā)展緩 慢。需要各個方面協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加大投入，綜合利用各個方面力量推動高速切削在模具制造中 的應(yīng)用。我們希望，通過各方面的努力，在市場需求的推動下，通過技術(shù)進(jìn)步，像汽車、機床、家電一樣， 在不遠(yuǎn)的將來，我國不但要成為模具生產(chǎn)大國，而且要成為模具生產(chǎn)強國。
參考文獻(xiàn)
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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 39 頁
單位代碼
學(xué) 號
分 類 號
密 級
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計說明書
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計
院（系）名稱 工學(xué)院機械系
專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
20xx年 05 月 10 日
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設(shè)計
摘 要
本設(shè)計分析消音器前蓋沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結(jié)構(gòu), 論述了級進(jìn)模的設(shè)計過程, 同時還介紹了模具關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、彈簧、擋料銷、導(dǎo)正銷等。模架采用標(biāo)準(zhǔn)模架，選用了合適的沖壓設(shè)備。設(shè)計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進(jìn)行了必要的校核計算, 實踐證明:模具結(jié)構(gòu)合理,生產(chǎn)的零件符合要求。
關(guān)鍵詞：級進(jìn)模，浮頂裝置，沖孔，拉伸，翻孔，落料
The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design
Abstract
This project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement.
Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut
目 錄
1 緒 論.....................................................................................................................................1
1.1 沖壓模具市場情況........................................................................................................1
1.2 沖壓模具水平狀況..........................................................................................................2
1.2.1 模具CAD/CAM技術(shù)狀況......................................................................................3
1.2.2 模具設(shè)計與制造能力狀況..................................................................................4
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況........................................................................................5
1.3 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望..................................................................................5
1.3.1 沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點.........................................................................................5
1.3.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點.........................................................................................5
2 沖壓件工藝分析.....................................................................................................................7
2.1 沖壓件材料分析..............................................................................................................7
2.2 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性及分析..............................................................................................7
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式和選材......................................................................................................9
2.3.1模具結(jié)構(gòu)形式........................................................................................................9
2.3.2模具材料選擇........................................................................................................9
3 沖壓工藝方案的確定...........................................................................................................11
4 工 藝 計 算.........................................................................................................................12
4.1拉伸件展開尺寸計算.....................................................................................................12
4.2材料的規(guī)格的選擇.........................................................................................................13
4.3排樣圖的設(shè)計與材料利用率的計算.............................................................................13
4.3.1排樣圖的設(shè)計......................................................................................................13
4.3.2 材料利用率的計算.............................................................................................17
4.4沖壓工藝力的計算.........................................................................................................17
4.4.1沖裁力..................................................................................................................17
4.4.2拉伸部分的拉伸力計算......................................................................................19
4.4.3卸料力及推件力的計算......................................................................................19
5 模具主要零件設(shè)計與選擇...................................................................................................22
5.1圓形凸模的設(shè)計.............................................................................................................22
5.1.1 凸模長度計算…………………………………………………………………………...23
5.1.2 承壓應(yīng)力校驗…………………………………………………………………………...23
5.1.3 抗縱向彎曲應(yīng)力的校核……………………………………………………………….24
5.1.4 圓形凸模固定端面的壓力……………………………………………………………25
5.2 切斷凸模設(shè)計……………………………………………………………………………………25
5.2.1凸模承壓力校核………………………………………………………………………….26
5.2.2 抗縱向彎曲應(yīng)力的校核……………………………………………………………….26
5.2.3 切斷凸模固定端面的壓力.................................................................................25
5.3 拉伸凸模設(shè)計................................................................................................................27
5.3.1 拉伸凸、凹模圓角半徑及工作部分深度的確定.............................................29
5.3.2 凸、凹模間隙.....................................................................................................29
5.3.3 落料口大小的確定.............................................................................................29
5.4 凹模的設(shè)計....................................................................................................................29
5.4.1 凹?？卓谛问郊爸饕獏?shù).................................................................................29
5.4.2整體式凹模外形尺寸的確定..............................................................................30
5.4.3 凹模強度校核.....................................................................................................32
5.5 彈簧的設(shè)計....................................................................................................................32
5.5.1設(shè)計彈簧的一般步驟..........................................................................................32
5.5.2彈簧類型的選擇..................................................................................................33
5.5.3彈簧材料及許用應(yīng)力..........................................................................................33
5.5.4 彈簧相關(guān)幾何尺寸的計算................................................................................35
5.5.5拉伸彈簧鉤環(huán)強度驗算……………………………………………………………….37
5.6凸模固定板的選擇........................................................................................................38
5.7 凸模墊板的選擇...........................................................................................................38
6 確定凸、凹模間隙及計算工作部分尺寸……………………………………………………….39
6.1沖裁間隙值的確定.........................................................................................................39
6.2 凹、凸模刃口尺寸計算................................................................................................39
6.2.1確定凹凸刃口尺寸的原則..................................................................................39
6.2.2沖裁模刃口尺寸的計算方法..............................................................................39
6.2.3沖裁模刃口尺寸的計算......................................................................................40
7 模具總體設(shè)計.......................................................................................................................43
7.1 定位零件的設(shè)計與選擇................................................................................................43
7.1.1 擋料銷的選擇.....................................................................................................43
7.1.2 定位板的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.3 止退塊的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.4 導(dǎo)料板的設(shè)計.....................................................................................................44
7.1.5 導(dǎo)正銷的設(shè)計.....................................................................................................45
7.2 卸料裝置的設(shè)計............................................................................................................45
7.2.1 卸料板的設(shè)計.....................................................................................................45
7.2.2 卸料彈簧的選擇.................................................................................................48
7.2.3 卸料彈簧有關(guān)尺寸計算.....................................................................................49
7.2.4 卸料彈簧的窩座深度H和安裝厚度B.............................................................50
7.2.5 安裝孔內(nèi)徑和孔底厚度h值的選取............................................................51
7.3凸模固定板的設(shè)計.........................................................................................................52
7.4導(dǎo)向零件的選用.............................................................................................................52
7.5 模架的選用....................................................................................................................53
8 沖壓設(shè)備的選擇...................................................................................................................55
8.1沖壓設(shè)備類型的選擇.....................................................................................................55
8.2確定設(shè)備的規(guī)格.............................................................................................................55
9 繪制模具圖與撰寫說明書...................................................................................................57
9.1裝配圖的繪制.................................................................................................................57
結(jié) 論.......................................................................................................................................58
致 謝.......................................................................................................................................60
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................61
1 緒 論
改革開放，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。在走過了漫長的發(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）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。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。
1.1 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，但與國民經(jīng)濟需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、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，市場競爭激烈。
現(xiàn)摘錄中國模具工業(yè)協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計材料《2007年我國沖壓模具市場情況簡介》如下：據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示：2007年1-12月全國模具產(chǎn)量達(dá)8,944,677.44套，同比增長6.53%；2007年1-12月全國模具年銷售額達(dá)870億元人民幣以上，同比增長21%。可以說2007年的模具行業(yè)是產(chǎn)需兩旺。
另據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示：2007年我國模具進(jìn)出口總額為34.66億美元，比2006年增長12.24%。其中進(jìn)口總額為20.53億美元，比2006年增長0.29%；出口總額為14.13億美元，比2006年增長35.73%。出口繼續(xù)保持強勁的上升趨勢，逆差進(jìn)一步下降，總的情況良好。
據(jù)專家預(yù)測，2008年在國家宏觀調(diào)控下，國民經(jīng)濟發(fā)展仍將保持高速增長，國內(nèi)外模具市場繼續(xù)看好，預(yù)計2008年模具行業(yè)的發(fā)展仍會保持20%左右的增長率。
近年來，中國經(jīng)濟的高速發(fā)展為模具工業(yè)發(fā)展提供了巨大動力。近10年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在15%以上；生產(chǎn)廠2萬余家，從業(yè)人員50多萬人，年產(chǎn)值達(dá)450億元以上。另外，結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力快速增加。
從區(qū)域市場分析，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方；珠江三角和長江三角地區(qū)生產(chǎn)集中，發(fā)展速度快，其模具產(chǎn)值約占全國產(chǎn)值的2/3以上。
從未來發(fā)展趨勢分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整將加快，針對低檔模具供過于求，大型、精密、復(fù)雜的模具供不應(yīng)求的情況，高檔模具的比重將增加，行業(yè)將向大型、精密、復(fù)雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。我國模具行業(yè)的國際競爭力優(yōu)勢中，勞動力價格低優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮。我們認(rèn)為未來重點發(fā)展的產(chǎn)品包括：汽車覆蓋件模具、精密沖壓模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密復(fù)雜壓鑄模和鎂合金壓鑄模具、子午線橡膠輪胎模具、新型快速經(jīng)濟模具、多功能復(fù)合模具、模具標(biāo)準(zhǔn)件等。就企業(yè)發(fā)展方面分析，采用數(shù)控技術(shù)、快速原型技術(shù)、高速切削和超精加工等高新技術(shù)，進(jìn)一步提升模具工業(yè)的設(shè)計制造水平將是未來企業(yè)改造重點，也是未來企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因素。另外，國際市場將被企業(yè)看重，因為全球模具市場整體供不應(yīng)求，市場需求量維持在600億至650億美元。
從應(yīng)用趨勢方面分析，受用戶要求模具的生產(chǎn)周期縮短影響；快速經(jīng)濟模具的開發(fā)將被重視，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛，且采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術(shù)也會得到發(fā)展和提高。 ?
另外，隨著車輛和電機等產(chǎn)品向輕量化方向發(fā)展，壓鑄模的數(shù)量、壽命和復(fù)雜程度要求將更高；隨著以塑料代鋼、以塑代木的發(fā)展和產(chǎn)品零件的精度和復(fù)雜程度的不斷提高，塑料模的比例、精度和復(fù)雜度也將隨著相應(yīng)提高。
1.2 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(dá)50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達(dá)到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進(jìn)模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達(dá)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(dá)到相當(dāng)高的水平。
1.2.1 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(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)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。
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)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，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(shè)計和模具結(jié)構(gòu)圖的設(shè)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(shè)計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領(lǐng)域。
在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進(jìn)的軟件外，華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、湖南大學(xué)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，并已在生產(chǎn)實踐中得到成功應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的效益。
快速原型(RP)與傳統(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，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標(biāo)志著RPM應(yīng)用于汽車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(yīng)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。
1.2.2 模具設(shè)計與制造能力狀況
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，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、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。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，東風(fēng)汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。
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(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善，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)行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，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(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。激光切割和激光焊接技術(shù)也得到了應(yīng)用。
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況
我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產(chǎn)自配比例過高。國外模具自產(chǎn)自配比例一般為30%，我國沖壓模具自產(chǎn)自配比例為60%。這就對專業(yè)化產(chǎn)生了很多不利影響?，F(xiàn)在，技術(shù)要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進(jìn)模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產(chǎn)能力的分布基本上跟隨沖壓件生產(chǎn)能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。
1.3沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望
1.3.1 沖壓模具產(chǎn)品發(fā)展重點
沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務(wù)對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進(jìn)模和精沖模。這些模具現(xiàn)在產(chǎn)需矛盾大，發(fā)展前景好。
汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術(shù)要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進(jìn)模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進(jìn)模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進(jìn)模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。
1.3.2 沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點
模具技術(shù)未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產(chǎn)與高精度化發(fā)展。因此從設(shè)計技術(shù)來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術(shù)。模具CAD、CAM技術(shù)應(yīng)向宜人化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
為了提高CAD、CAE、CAM技術(shù)的應(yīng)用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術(shù)來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術(shù)。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度，搞好模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)供應(yīng)也是沖壓模具技術(shù)發(fā)展重點之一。 為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術(shù)也是發(fā)展重點。對于模具數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應(yīng)用技術(shù)方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務(wù)，全面提高企業(yè)水平和模具質(zhì)量，這更是沖壓模具技術(shù)發(fā)展的重點。畢業(yè)設(shè)計（論文）是本科教學(xué)計劃的一個重要環(huán)節(jié)，是落實本科教育培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立分析、解決問題，使學(xué)生在科研選題、調(diào)查研究、檢查和查閱中外文獻(xiàn)資料、綜合分析、實驗設(shè)計及研究、計算、數(shù)據(jù)處理、文字表達(dá)等方面的能力得到綜合訓(xùn)練，進(jìn)而鞏固和加深所學(xué)的專業(yè)知識，提升學(xué)生全面素質(zhì)。近年來，制造業(yè)在科學(xué)發(fā)展觀的指引下邁入了新的發(fā)展階段，其中沖壓加工和模具技術(shù)更有顯著的進(jìn)步。本人在綜合考慮了今后的工作和發(fā)展方向后，在這次畢業(yè)設(shè)計中選取了沖孔、拉伸、翻孔、切斷這一典型的級進(jìn)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，以鞏固自己的專業(yè)知識。
60
2沖壓件工藝分析
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性,即沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準(zhǔn)等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設(shè)備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
2.1 沖壓件材料分析
該零件的材料為08F，該鋼種是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，碳的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0.05%～0.11％，屬于低炭鋼，屈服點=175MPa，抗拉強度=295MPa，延伸率不小于35％，斷面收縮率不小于60％，具有良好的沖壓、拉伸、彎曲、焊接性能，故廣泛用于制造冷沖壓零件。（參考文獻(xiàn)[7] 表8.4）
2.2 沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性及分析
沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)盡可能簡單、對稱、避免復(fù)雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設(shè)計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結(jié)構(gòu)簡單，也無復(fù)雜形狀的曲線。
沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結(jié)構(gòu)時，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膱A角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。工件圖如圖1.1所示：
圖1.1
零件最大寬度70 mm, 最大高度7. 5 mm, 最大長度160 mm。經(jīng)分析,確定成形工序為拉深、沖孔、翻孔、落料。由于工序多, 為保證沖壓精度, 采用單側(cè)進(jìn)行合理設(shè)計才能保證零件精度及質(zhì)量。刃定距,導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向裝置。模具內(nèi)設(shè)計氣孔,以便卸下工件, 采用壓邊限位裝置。翻孔時沿沖孔反方向進(jìn)行,使毛刺位于翻孔內(nèi)以減小開裂,同時凸模與凹模之間的間隙略小于材料厚度, 保證翻孔凸緣挺直。沖件上的孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過簿或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔與孔最小間距：3.1t，孔邊距?。簩A孔為（1~1.5）t。沖裁件的精度要求，應(yīng)在經(jīng)濟精度以內(nèi)，對于該制件為普通沖裁件，其經(jīng)濟精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件的尺寸精度以不高于ITl2級為宜。如無特殊要求，外形尺寸精度應(yīng)低于ITl0級，內(nèi)形尺寸精度應(yīng)低于IT9級。對精度要求高于ITl0級的沖裁件，應(yīng)在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采取措施，若提高定位精度，采用彈壓卸料頂件裝置，提高模具制造精度或采用精沖技術(shù)等。零件圖上要求公差為IT12級。沖裁件的斷面質(zhì)量是不高的，材料厚度和硬度的影響尤甚。通常材料厚度t＜1mm的零件，斷面粗糙度可達(dá)Ra=3.2m；t＞1mm的零件，斷面粗糙度將高Ra=6.3m。（參考文獻(xiàn)[5] ）
2.3 模具結(jié)構(gòu)形式和選材
2.3.1模具結(jié)構(gòu)形式
該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料。采用多工序級進(jìn)模，結(jié)構(gòu)緊湊，沖
出的制件精度高，生產(chǎn)效率也高，適合大批量生產(chǎn)。采用自動送料，自動卸料，采用彈性卸料裝置，具有壓料作用，沖裁質(zhì)量較好，模具精度應(yīng)比沖裁件精度高2~3級，不應(yīng)高太多，以免增加制造成本。
2.3.2模具材料選擇
冷沖壓模具的成本分析 在冷沖壓模具設(shè)計中，常常要提到模具成本問題，即經(jīng)濟性。所謂經(jīng)濟性，就是以最小的耗費取得最大的經(jīng)濟效果。在沖壓生產(chǎn)中，既要保證產(chǎn)品質(zhì)量，完成所需的產(chǎn)品數(shù)量，又要降低模具的制造費用．這樣才能使整個冷沖壓的成本得到降低。
在模具設(shè)計中主要考慮的問題是如何降低模具的制造成本。因為產(chǎn)品的成本不僅與材料費(包括原材料費、外購件費)、加工費(包括工人工資、能源消耗、設(shè)備折舊費、車間經(jīng)費等)有關(guān)，而且與模具費有關(guān)。一副模具少則幾萬，多則上百萬。所以必須采取有效措施降低制造成本。
模具費在工件制造成本中占有一定比例。對于小批量生產(chǎn)，采用簡易模具。因其結(jié)構(gòu)簡單、制造快速、價廉，所以能降低模具費，從而降低工件制造成本。在大批大量生產(chǎn)中．應(yīng)盡量采用高效率、長壽命的級進(jìn)沖模及發(fā)展硬質(zhì)合金沖模。硬質(zhì)合金沖模的刀磨壽命和總壽命比鋼模具大得多。總壽命為鋼模具的20~40倍，而模具制造費用僅為鋼模具的2~4倍。而對中批量生產(chǎn)，首先應(yīng)盡量使沖模標(biāo)準(zhǔn)化，大力發(fā)展沖模標(biāo)準(zhǔn)件的品種，推廣沖模典型結(jié)構(gòu)，最大限度地縮短沖模設(shè)計與制造周期。制造中、小型冷沖壓模具的材料有鑄鐵、碳素工具鋼、合金工具鋼、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及鋅合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨脂橡等。沖模主要零件所使用的模具鋼有碳素工具 鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻工具鋼、高碳中鉻工具鋼、硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等。
凸模和凹模是在強壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴隨有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削性，硬度很大，熱處理變形小，而且價格低廉。設(shè)計模具時，合理選取模具材料是關(guān)系到模具壽命和成本的一項重要工作。沖模的主要零件——凸模、凹模和凸凹模等材料的選取尤應(yīng)慎重．通常應(yīng)考慮如下幾點：
（1）根據(jù)沖壓件生產(chǎn)批量的大小來選取模具材料。當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，凸模、凹模和凸凹模應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。例如C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。
（2）根據(jù)被沖壓材料的性能、工序性質(zhì)和沖模主要零件工作條件和作用來選取模具材料。
（3）應(yīng)考慮模具材料的冷、熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。
（4）應(yīng)考慮我國模具鋼的生產(chǎn)和使用情況。
對于該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料，且要求大批量生產(chǎn)，所以模具材料應(yīng)采用質(zhì)量較高，能保證耐用度的材料。故凹、凸?？梢赃x擇高碳高鉻工具鋼Cr12MoV，熱處理硬度：60~62HRC。
3 沖壓工藝方案的確定
工藝方案的內(nèi)容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數(shù)、工序的組合和工序的順序安排等，應(yīng)在工藝分析的基礎(chǔ)上制定幾種可能的方案，再根據(jù)工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復(fù)合沖裁和級進(jìn)沖裁。
級進(jìn)模是在壓力機的一次行程中，一副模具的不同位置上完成多個不同的工序。根據(jù)對零件進(jìn)行分析,綜合考慮材料利用率,工藝合理性及模具結(jié)構(gòu)簡易等,
工序安排: ①沖切口; ②空位; ③拉深; ④反拉深; ⑤沖孔; ⑥翻孔; ⑦落料。
工位數(shù)的確定：
（1）應(yīng)保證沖件的精度要求和零件幾何形狀的正確性。對要求零件精度比較高的
部位，應(yīng)盡量集中在一個工位上一次沖壓完成。在一個工位完成確實有困難，需分解為兩個或多個工位時，最好放在相鄰的工位上。
（2）對于復(fù)雜的形孔和外形分?jǐn)嗲谐龝r，只要不受精度要求和模具周邊尺寸的限
制，應(yīng)力求做到各段形孔以簡單、規(guī)則、容易加工為基本原則。
（3）在普通低速壓力機上沖壓的級進(jìn)模，為了使模具簡單、實用縮小模具體積、
減少步距的積累誤差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足夠的強度，就不要輕易分解，增加工位。
空工位的設(shè)置原則：
（1）用導(dǎo)正銷做精確定具的條料，可適當(dāng)增加空位，因步距積累誤差較小，對產(chǎn)品精度影響不大。反之，定距精度差的，不應(yīng)輕易增設(shè)空工位。
（2）當(dāng)模具步距較大（一般步距大于16mm）時，不宜多設(shè)置空工位。步距大于30mm以上時，更不能輕易設(shè)置多個空工位。
（3）一般來說，精度高、形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)少設(shè)置空工位。反之，可適當(dāng)增加空工位。（參考文獻(xiàn)[1] ）
4 工 藝 計 算
4.1拉伸件展開尺寸計算
板料、帶料拉伸時，材料往拉伸力較大的區(qū)域流動。移動過程中，材料壁厚也會相應(yīng)改變，故拉伸件的展開計算應(yīng)遵循體積不變原則進(jìn)行，
由于該工件近似橢圓臺，呈盒形，根據(jù)表面積相等原理，可近似計算毛坯面積為：
由對工件分析可取，，取修邊余量
則 。
因為該工件四周的變形區(qū)基本相等，變形量也相近，則毛坯尺寸為：
毛坯的長度
毛坯的寬度
毛坯的圓角半徑
由求得：
故： L=160mm
B=80mm
毛坯的展開形狀如圖3.2。
圖3.2 毛坯展開形狀圖
4.2材料的規(guī)格的選擇
沖壓生產(chǎn)中使用的材料相當(dāng)廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。
板料是沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的材料，適合于成批生產(chǎn)。其尺寸規(guī)格按國家標(biāo)準(zhǔn)
定，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。
帶料（卷料）用于大批量生產(chǎn)。帶料的寬度一般在300mm以下，根據(jù)材料的不
同，有不同的寬度尺寸，長度可達(dá)幾米到幾十米，有的薄材料可達(dá)數(shù)百米。
條料是根據(jù)沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。
塊料適用于單件小批量生產(chǎn)和價值昂貴的有色金屬的沖壓。
根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝性，選擇切邊帶料。（參考文獻(xiàn)[4] ）
4.3排樣圖的設(shè)計與材料利用率的計算
4.3.1排樣圖的設(shè)計
（一）排樣分析
排樣指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣是否合理，對材料利用率的大小有直接影響。還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中一項很重要的工作。
沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經(jīng)濟性、合理性的指標(biāo)是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產(chǎn)生的廢料，可分為兩種情況：
（1）結(jié)構(gòu)廢料 由于工件結(jié)構(gòu)形狀的需要，如工件內(nèi)孔的存在而產(chǎn)生的廢料稱為結(jié)
構(gòu)廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
（2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，