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散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低 已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo) 志 因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 隨著 我國加入 WTO 我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 1 1 模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 國內(nèi)模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景 現(xiàn)代模具工業(yè)有 不衰亡工業(yè) 之稱 世界模具市場總體上供不應(yīng)求 市場 需求量維持在 700 億至 850 億美元 同時(shí) 我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā) 展機(jī)遇 近幾年 我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持 15 的年增長率 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 2005 年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到 700 多億 同時(shí) 有近 250 個億的出口 到 2007 年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為 700 億元 模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年 9000 多萬美元增長到 2006 年的 2 億美元左右 單就汽車產(chǎn)業(yè)而言 一個型號的汽車 所需模具達(dá)幾千副 價(jià)值上億元 而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有 80 的模具需要更換 2005 年我國汽車產(chǎn)銷量均突破 550 萬輛 預(yù)計(jì) 2007 年產(chǎn)銷量各突破 700 萬輛 轎車產(chǎn)量將達(dá)到 300 萬輛 另外 電子和通訊產(chǎn)品對模具的需求也非常大 在發(fā) 達(dá)國家往往占到模具市場總量的 20 之多 目前 中國 17000 多個模具生產(chǎn)廠點(diǎn) 從業(yè)人數(shù)約 50 多萬 1999 年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá) 245 億元人民幣 工業(yè)總 產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二 作為商品銷售的約占三分之一 在模具工 業(yè)的總產(chǎn)值中 沖壓模具約占 50 塑料模具約占 33 壓鑄模具約占 6 其它 各類模具約占 11 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內(nèi)也能生產(chǎn)了 精度達(dá)到 1 2 m 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 5 m 的精沖模 大尺寸 300mm 精沖模及中厚板精沖模國內(nèi) 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 也已達(dá)到相當(dāng)高的水平 1 模具 CAD CAM 技術(shù)狀況 我國模具 CAD CAM 技術(shù)的發(fā)展已有 20 多年歷史 由原華中工學(xué)院和武漢 733 廠于 1984 年共同完成的精神模 CAD CAM 系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具 CAD CAM 系統(tǒng) 由華中工學(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(jì)制造中開始采用 CAD CAM 技術(shù) 國家科委 863 計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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 EDS 的 UG 美國 Parametric Technology 公司 Pro Engineer 美國 CV 公司的 CADSS 英國 DELCAM 公司的 DOCT5 日本 HZS 公 司的 CRADE 及 space E 以色列公司的 Cimatron 還引進(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(jì)和模具 結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)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(jì)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 華中科技術(shù)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 并已在生實(shí)踐中得 到成功應(yīng)用 產(chǎn)生了良好的效益 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 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 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(diǎn)成型及激光沖擊和電 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 3 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(diǎn) 2 模具設(shè)計(jì)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(jì) 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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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 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 模具的發(fā)展是體現(xiàn)一 個國家現(xiàn)代化水平高低的一個重要標(biāo)志 就我國而言 經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā) 展 模具行業(yè)也初具規(guī)模 從當(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步 但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要 隨著各種 加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便 隨著信息產(chǎn)業(yè) 的不斷發(fā)展 模具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化 現(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)和制造 CAD CAM 技術(shù)的研究和應(yīng)用 大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 減短了生產(chǎn)周期 采用模具 CAD CAM 技術(shù) 還可提高模具質(zhì)量 大大減少設(shè)計(jì)和 制造人員的重復(fù)勞動 使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上 尤其是 pro E 和 UG 等軟件的應(yīng)用更進(jìn)一步推動了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具 工作零件的加工趨進(jìn)于自動化 電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對模具行業(yè)起 到了飛越發(fā)展 模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯 特別是對一些通用 件的使用應(yīng)用的越來越多 其大大的提高了它們的互換性 加強(qiáng)了各個地區(qū)的合 作 對整個模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用 1 1 2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動我國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展 雖然我國的模具工業(yè)和技 術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展 但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距 尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求 未來的十年 中國模具工業(yè)和技術(shù)的 主要發(fā)展方向包括以下幾方面 1 高速銑削加工 國外近年來發(fā)展的高速銑削加工 大幅度提高了加工效率 并可獲得極高的 表面光潔度 另外 還可加工高硬度模塊 還具有溫升低 熱變形小等優(yōu)點(diǎn) 高 速銑削加工技術(shù)的發(fā)展 對汽車 家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的活力 目前它已向更高的敏捷化 智能化 集成化方向發(fā)展 2 模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退?需的諸多功能 大大縮短了模具的在研制制造周期 有些快速掃描系統(tǒng) 可快速 安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上 實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集 自動生成各種不同數(shù) 控系統(tǒng)的加工程序 不同格式的 CAD 數(shù)據(jù) 用于模具制造業(yè)的 逆向工程 模 具掃描系統(tǒng)已在汽車 摩托車 家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用 相信在 十五 期間 將發(fā)揮更大的作用 3 全面推廣 CAD CAM CAE 技術(shù) 模具 CAD CAM CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向 隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和 進(jìn)步 普及 CAD CAM CAE 技術(shù)的條件已基本成熟 各企業(yè)將加大 CAD CAM 技術(shù)培 訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度 進(jìn)一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正 使 CAD CAM CAE 技術(shù)跨地區(qū) 跨企業(yè) 跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能 實(shí) 現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合 使虛擬制造成為可能 4 電火花銑削加工 電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù) 這是一種替代傳統(tǒng)的用成 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 5 型電極加工型腔的新技術(shù) 它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓 加工 像數(shù)控銑一樣 因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極 這顯然是電火花成形 加工領(lǐng)域的重大發(fā)展 國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用 預(yù)計(jì)這 一技術(shù)將得到發(fā)展 5 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度 我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高 估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已 達(dá)到 30 左右 國外發(fā)達(dá)國家一般為 80 左右 6 優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù) 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要 模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 模具熱處理 的發(fā)展方向是采用真空熱處理 模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積 TiN TiC 等 等離子噴涂等技術(shù) 7 模具研磨拋光將自動化 智能化 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命 制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響 研 究自動化 智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作 以提高模具表面質(zhì)量是 重要的發(fā)展趨勢 8 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo) 模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合 配有 隨行定位夾具或定位盤 有完整的機(jī)具 刀具數(shù)控庫 有完整的數(shù)控柔性同步系 統(tǒng) 有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng) 1 2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備 在電子 建材 汽車 電機(jī) 電器 儀器 儀表 家電和通訊器材等產(chǎn)品中 60 80 的零部件都要依靠模具成型 用模 具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率 低成本 高精度 高一致性和清潔環(huán)保的特性 是 其他加工制造方法所無法替代的 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低 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著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn) 品的開發(fā)能力 近幾年 全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面 世界模具市場年交 易總額為 600 650 億美元左右 美國 日本 法國 瑞士等國家年出口模具量 約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一 國外模具總量中 大型 精密 復(fù)雜 長壽命模具的比例占到 50 以上 國外 模具企業(yè)的組織形式是 大而專 大而精 2004 年中國模協(xié)在德國訪問時(shí) 從 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 德國工 模具行業(yè)組織 德國機(jī)械制造商聯(lián)合會 VDMA 工模具協(xié)會了解到 德 國有模具企業(yè)約 5000 家 2003 年德國模具產(chǎn)值達(dá) 48 億歐元 其中 VDMA 會員 模具企業(yè)有 90 家 這 90 家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的 90 可見 其規(guī)模效益 隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展 國外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才 如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具工藝設(shè)計(jì) 高級鉗工及企業(yè)管理人才 他們的技術(shù)水平比 較高 故人均產(chǎn)值也較高 我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元左 右 而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多 15 20 萬美元 有的達(dá)到 25 30 萬美元 國 外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70 以上 而我國才達(dá)到 45 1 3 散熱片零件的沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)與制造方面 1 3 1 散熱片零件的沖壓工藝的設(shè)計(jì)思路 沖壓加工與其它加工方法相比 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) 如 沖壓在少 無切屑加工方法之一 是一種省能 低耗 高效的加工 方法 因而制品的成本較低 沖壓件的尺寸公差由模具保證 具有一模一樣的特征 所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 沖 壓可以壁薄 重量輕 形狀復(fù)雜 表面質(zhì)量好 剛性好的工件 冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機(jī) 和模具完成加工過程 其生產(chǎn)效率高 操作方便 易于機(jī)械化與自動化 用普通壓力 機(jī)進(jìn)行沖壓加工 每分鐘可達(dá)幾十件 用高速壓力機(jī)生產(chǎn) 每分鐘可達(dá)數(shù)百件或千 件以上 1 3 2 散熱片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路 沖裁是沖壓基本工序之一 它是利用沖壓模在壓力機(jī)作用下 將平板坯料沿 一定的輪廓線產(chǎn)生分離的一種沖壓工序 根據(jù)變形機(jī)理的不同 沖裁可分為普通 沖裁和精密沖裁 常用的沖裁有落料 沖孔 切口 切斷 剖切等 其中以落料 沖孔翻邊應(yīng)用最多 落料是沿工件的外形封閉輪廓線沖切 沖下部分為工件 沖 孔是沿工件的內(nèi)形封閉輪廓線沖切 沖下部分為廢料 翻邊主要是內(nèi)孔翻邊和外 緣翻邊比較多 1 3 3 散熱片模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度 1 了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 所用時(shí)間 20 天 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 7 2 確定加工方案 所用時(shí)間 5 天 3 模具的設(shè)計(jì) 所用時(shí)間 30 天 4 模具的調(diào)試 所用時(shí)間 5 天 2 散熱片沖壓工藝的分析 2 1 工件工藝性分析與方案確定 2 1 1 沖裁件工藝性分析 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 工序前 工序后 零件名稱 散熱片 材料 鋁 L3 料厚 0 5mm 數(shù)量 大批量生產(chǎn) 未注公差尺寸按 IT13 級精度制造 該零件形狀簡單 對稱 是由圓弧和直線組成的 沖裁件內(nèi)外形所能達(dá)到經(jīng) 濟(jì)精度為 IT11 IT14 孔中心與邊緣距離尺寸公差為 0 5mm 將以上精度與零 件的精度要求相比較 可認(rèn)為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證 其 他未注尺寸 生產(chǎn)批量等情況也均符合沖裁的工藝要求 故可采用沖壓方式進(jìn)行 加工 外形落料的工藝性 散熱片屬于中等尺寸零件 料厚 0 5mm 外形復(fù)雜程度 一般 尺寸精度要求一般 因此可采用落料工藝獲得 沖孔的工藝性 內(nèi)孔尺寸精度要求一般 可采用沖孔 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 9 2 1 2 工藝方案的確定 該零件所需要的沖壓工序?yàn)闆_孔 落料 翻邊 可擬定出以下三種工藝方案 方案一 用簡單模分三次加工 即落料 沖孔 內(nèi)孔 外緣翻邊 方案二 沖孔落料復(fù)合模 內(nèi)孔 外緣翻邊 方案三 沖孔 落料 翻邊級進(jìn)模 采用方案一 生產(chǎn)率低 工件的累計(jì)誤差大 操作不方便 由于該工件為大 批量生產(chǎn) 方案二和方案三更具有優(yōu)越性 散熱片零件可以采用沖孔 落料復(fù)合?；驔_孔 落料級進(jìn)模 復(fù)合模模具的 形位精度和尺寸精度容易保證 且生產(chǎn)率高 盡管模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 級進(jìn)模生 產(chǎn)率也高 但零件的沖裁精度稍差 與保證沖壓件的形位精度 需要在模具上設(shè) 置導(dǎo)正銷導(dǎo)正 故模具制造 安裝較復(fù)合模并不復(fù)雜 通過對上述三種方案的分 析比較 散熱片的沖壓生產(chǎn)采用方案二沖孔落料復(fù)合模更為合理 2 2 排樣設(shè)計(jì) 2 2 1 確定零件的排樣 設(shè)計(jì)復(fù)合模時(shí) 首先要設(shè)計(jì)條料排樣圖 由于散熱片零件外形矩形 形狀較 復(fù)雜 可采用直排排樣的方法 可提高生產(chǎn)率 如下圖二為零件的排樣圖 圖 2 排樣圖 2 2 2 條料寬度 導(dǎo)尺間寬度和材料利用率的計(jì)算 查文獻(xiàn) 1 中表 2 9 取得搭邊值 a1 1 8mm 側(cè)面 a 2mm 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 計(jì)算條料寬度 B 27 2 2 31mm 步距 S 61 8mm 材料利用率的計(jì)算 計(jì)算沖壓件毛坯的面積 A 60 27 2 3 3 3 14 4 10 2 2 3 14 1511mm2 一個步距的材料利用率 A Nbs 100 式中 A 一個沖裁件的面積 mm 2 n 一個步距內(nèi)的沖裁件數(shù)量 B 條料寬度 mm s 進(jìn)距 mm 得 1511 61 8 31 100 81 24 2 3 制件翻邊的工藝分析 2 3 1 內(nèi)孔翻邊 該制件內(nèi)孔翻邊部分后局部視圖如下所示 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 11 工藝性分析 該制件材料為鋁 L3 料厚 t 0 5 抗剪強(qiáng)度 t 為 270 340MP a 抗拉強(qiáng)度 b為 70 110MP a 屈服強(qiáng)度 s為 50 80MP a 8 處由內(nèi)孔翻邊成形 翻邊前 已加工出預(yù)沖孔 r 2 圓角 R 0 5 1 翻孔工序概念 翻孔是沿內(nèi)孔周圍將材料側(cè)立凸緣的沖壓工序 2 翻孔的形式 常見的翻孔形式 如圖 1 圖 1a 是在材料平整未變形部分翻孔 圖 1b 是在 拉深件上翻孔 可以向外翻 也可以向內(nèi)翻 如果高度超過一次翻孔的允許值 可以先拉深 翻孔系數(shù) 翻孔變形程度常用翻孔系數(shù)來表示 K 值越大 變形程度越小 K 值越小變形程度越大 影響翻孔系數(shù)的主要因素有 1 材料的性能 塑性越好 K 值越小 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 2 孔的加工方法 如果是鉆出的孔 由于無撕裂面 翻孔時(shí)不易出現(xiàn)裂紋 沖出的孔有部 3 分撕裂面 翻孔易開裂 故 K 值較大 如果沖孔后對材料進(jìn)行退火或?qū)⒖渍?修 可得到與鉆孔相接近的翻孔比 此外 還可以將沖孔的方向和翻孔的方向相 反 使毛刺位于翻孔內(nèi)側(cè)可減少開裂 4 翻孔凸模的形式 球面凸模能使 K 值減小 增加變形程度 翻邊高度的計(jì)算 H d D0 2 0 43r 0 72t 測量工件知 H 1 0 所以 D0 5 76 K D0 d 0 72 查下表知 Kmin 0 64 即 K Kmin 零件在變形程度范圍內(nèi)可進(jìn)行翻邊 Hmax D0 2 1 Kmin 0 43r 0 72t 4 1 0 64 0 43 0 5 0 72 0 5 2 015 即 翻邊高度在翻邊高度范圍內(nèi) 各種材料的翻孔系數(shù) 翻孔系數(shù) 材料 退火 嗎 K Kmin 白鐵皮 0 70 0 65 軟鋼 t 0 25 2mm 0 72 0 68 軟鋼 t 3 6mm 0 78 0 75 黃銅 H62 t 0 5 6mm 0 68 0 62 鋁 t 0 5 5mm 0 70 0 64 硬鋁 0 89 0 80 鈦合金 TA1 冷態(tài) 0 68 0 55 TA1 加熱 300 400 0 50 0 40 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 13 TA5 冷態(tài) 0 90 0 75 TA5 加熱 500 600 0 75 0 65 翻邊力的計(jì)算 F1 1 1 d D 0 t 1 1 3 14 8 5 76 0 5 80 309 5N 2F1 619N 2 4 翻邊工序總力的計(jì)算 外緣翻邊可按內(nèi)孔翻邊的方法計(jì)算翻邊力 F2 F1 F 2F2 2 F1 F 1238N 凸凹模具間隙 n 0 75 0 85 t 0 4mm 外緣翻邊 此類外緣翻邊屬于伸長類翻邊變形程度 E 伸 b R b 1 0 3 1 0 100 50 查模具設(shè)計(jì)手冊 p461 在剛模成形時(shí) 40 即 E 伸 所以在變形范圍內(nèi) 2 4 1 壓力機(jī)的選定 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 由于翻邊力較小主要考慮壓力機(jī)的工作行程較長 和閉合高度 故查 沖壓 模具簡明設(shè)計(jì)手冊 表 13 9 選 J23 10 其相關(guān)參數(shù)為 最大封閉高度 180 工作臺尺寸 360 240 2 4 2 壓力中心的計(jì)算 因?yàn)橹萍姆叢糠謱ΨQ分布 故壓力中心為其幾何中心 3 模具主要零件和主要工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化 3 1 計(jì)算凸凹模工作尺寸及公差 由于在翻孔過程中存在回彈現(xiàn)象 即翻口位置的孔徑比凸模的外徑尺寸要 小 故為保證孔尺寸 凸 凹模按照孔的尺寸的上偏差加工 由于制件精度采用 IT13 級 故凸模制造公差采用 IT8 級 制件翻邊處的內(nèi)孔尺寸 D0為 8 其公差 為 0 22 為使翻邊回彈小 垂直度好 翻邊的凸凹模間隙小于工件厚度以 使其稍微變薄根據(jù)壁厚查資料得 n 0 75 0 85 t 0 4mm 凸模直徑 Dt D0 0 75 t 8 16 0 055 凹模為孔加工 故應(yīng)比凸模的低一級為 IT9 即 凹模孔徑 Da Dt 2n a 8 96 0 055 孔心距 Ld L 1 8 25 0 0275mm 3 1 2 主要零件的設(shè)計(jì) 1 凹模設(shè)計(jì) 由翻邊件的翻邊高的大小選用凹模的厚度 H 為 20 其刃口圓角半徑與制件 圓角相等為 r 0 5 為了增強(qiáng)凹模在工作中的穩(wěn)固性 加工方便 凹模上的孔都設(shè)計(jì)為直通型的 外緣翻邊凹模與定位銷孔相連 凹模材料選用 T10A 熱處理淬硬 HRC58 62 如圖 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 15 3 1 2 凸模設(shè)計(jì) 凸模材料和凹模一樣選用 T10A 熱處理 HRC58 62 出于緊固及配合的考慮 凸模采用階梯式 一方面加工簡單 另一方面又便于裝配與更換 由固定板的厚 度 彈壓卸料板的厚度 及兩者之間的間隙 和凸模伸入凹模的長度確定凸模的 高度為 50 為了更穩(wěn)定翻遍內(nèi)緣翻邊采用球頭凸模 外緣翻邊凸模圓角般取 4t 即 2 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 3 2 緊固件及定位零件的選擇與標(biāo)準(zhǔn)化 螺釘?shù)倪x用 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB699 選用材料為 45 鋼 熱處理硬度值為 HRC35 40 卸料螺釘也是 45 鋼 HRC35 40 選用圓柱頭內(nèi)六角螺釘 彈壓卸料板設(shè) 置兩個卸料螺釘 公稱直徑為 6 卸料螺釘擰緊后應(yīng)使彈壓卸料板與凸模最頂 部平齊 有誤差時(shí)通過螺釘與彈壓卸料板之間安裝墊片來調(diào)整 圖 3 3 定位裝置的設(shè)計(jì) 定位銷 在凹模頂部兩個固定一個定位銷 用于毛坯的定位 防止由于毛坯 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 17 的偏移造成誤差甚至廢料 定位銷的頭部是與毛坯的預(yù)沖孔配合的 為了方便放 置工件定位銷頂部做 R 2 的圓角 圖 3 4 卸料兼壓料板的設(shè)計(jì) 卸料是以圓形彈壓卸料板卸料 出件是通過推桿推件塊將制件從凹模中推出 凸模與卸料板采用間隙配合 為 H8 f8 通過頂桿及卸料螺釘?shù)奈恢?確定彈壓 卸料板的最寬度為 40 彈壓卸料板和推件塊的厚度分別由凸模和凹模的高度及 厚度協(xié)調(diào)決定 它們的材料都是用 45 鋼 如圖所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 卸料兼壓料板 3 5 選擇模架及其它模具零件 3 5 1 模架的選擇 根據(jù) GB T8050 2008 采用中間導(dǎo)柱模架 選用凹模周界 L B 80 63 閉 合高度 H 130 150 上模座 80 63 25GB T2855 1 下模座 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 19 80 63 30GB T2855 2 導(dǎo)柱 18 120 20 120 GB T2861 1 導(dǎo)套 18 65 23 20 65 23 GB T2861 3 3 5 2 凸模固定板的選擇 根據(jù)凸模的直徑 高度及緊固螺釘 銷釘 卸料螺釘?shù)鹊某叽缥恢么_定選用 矩形固定板 其規(guī)格為 L B H 80 63 16 圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 3 5 3 橡膠墊設(shè)計(jì) 橡膠墊用于為彈壓卸料板提供向上返回運(yùn)動的推動力 由于卸料板的工作行 程較長 故選用較軟的橡膠 根據(jù)卸料螺釘?shù)奈恢么_定橡膠的橫截面積的形狀及 尺寸如圖 橡膠塊 橡膠高度的確定 橡膠預(yù)壓縮率 y取 5 由于合成橡膠的極限壓縮率 j為 35 45 故橡 膠實(shí)際壓縮量 取 30 而卸料板的工作行程即等于橡膠工作壓縮量 hg 且一般 橡膠在橡膠墊中時(shí)都是預(yù)壓的 故可得到式子 H hg y 將 hg 1 5 4 1 6 5 代人得到 H 16 25 21 6 取 H 20mm 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 21 橡膠被壓時(shí)產(chǎn)生的力 當(dāng)橡膠的壓縮率為 30 時(shí) 橡膠產(chǎn)生的單位面積壓力 p 1 7MPa 橡膠的橫截面積 A R 2 r2 3 14 25 2 82 561 2 F A p 561 1 7 953 7N 橡膠力 4F 3814 8N 4 壓力機(jī)的校核 1 公稱壓力 壓力機(jī)要克服除了翻邊力 F 翻 外還有彈壓產(chǎn)生的卸料力 F 卸 由于翻邊工作行程較長 翻邊力必須小于或等于壓力機(jī)公稱壓力 F 標(biāo) 的 50 60 即 F 翻 F 卸 50 F 標(biāo) 1238N 3814 8N 50 100KN 50KN 故壓力經(jīng)校核合格 2 閉合高度 由壓力機(jī)的有關(guān)參數(shù)知 Hmax 180 H 50 H 為封閉 高度調(diào)節(jié)量 裝模高度滿足 Hmax 5 H H min 10 故高度符合 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 5 總裝圖 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 23 由以上設(shè)計(jì) 可得到模具的總裝圖即是上圖 其工作過程是 模具在工作時(shí) 將毛坯放在凹模上有定位銷進(jìn)行定位 模具下行卸料版接觸毛坯將其壓緊 同時(shí) 翻邊凸模在下行過程中進(jìn)行翻邊 模具繼續(xù)下行在待翻邊完成 當(dāng)模具回升時(shí) 卸料版在橡膠塊的作用下將制件卸下 如此繼續(xù)完成下一次工作 6 散熱器模具的安裝和調(diào)試 6 1 散熱器片模具的安裝 6 1 1 散熱器片模具的安裝要求 總裝時(shí) 首先應(yīng)根據(jù)主要零件的相互依賴關(guān)系 以及裝配方便和易于保證裝 配精度要求來確定裝配基準(zhǔn)件 根據(jù)各個零件與裝配基準(zhǔn)件的依賴關(guān)系和遠(yuǎn)近程 度確定裝配順序 裝配結(jié)束后 要進(jìn)行試模 通過試模發(fā)現(xiàn)問題 并及時(shí)調(diào)整和 修理直至模具制造出合格零件為止 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 6 1 2 散熱器片模具的安裝 翻邊模的安裝步驟 1 模柄的安裝 先將模柄壓入模座孔內(nèi) 再加工騎縫銷孔 然后將端面 在平面磨床上磨平 2 凸模 凹模及凸凹模的裝配 將凸凹模壓入固定板 再將凸模用螺釘 與固定板定位 將凸凹模與下模座及頂塊對正放齊后 將翻邊凹模用螺釘和銷釘 與下模座定位 3 模具的總裝 模具上模部分通過模柄安裝在壓力機(jī)的滑塊上 是模具 的活動部分 下模部分被固定在壓力機(jī)工作臺上 是模具的固定部分 6 2 翻邊模具的調(diào)試 模具按圖紙技術(shù)要求加工與裝配后 必須在符合實(shí)際生產(chǎn)條件的環(huán)境中進(jìn)行 試翻邊 可以發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)與制造的缺陷 找出產(chǎn)生原因 6 2 1 模具調(diào)試的要點(diǎn) 1 模具閉合高度調(diào)試 模具應(yīng)與沖壓設(shè)備配合好 保證模具應(yīng)有的閉合 高度和開啟高度 2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的調(diào)試 導(dǎo)柱 導(dǎo)套要有好的配合精度 保證模具運(yùn)動平穩(wěn) 可靠 3 定位裝置的調(diào)試 定位要準(zhǔn)確 可靠 4 卸料及出件裝置的調(diào)試 卸料及出件要通暢 不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象 6 2 2 調(diào)試方法 1 將裝配后的模具順利的裝在指定的壓力機(jī)上 2 用指定的坯料穩(wěn)定的在模具上制出合格的制品零件 3 檢查制品零件的質(zhì)量 若發(fā)現(xiàn)制品零件存有缺陷 應(yīng)分析原因 設(shè)法 對模具進(jìn)行修整和調(diào)制 直到能生產(chǎn)出一批完全符合圖樣要求的零件為止 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 25 4 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 進(jìn)一步確定出某些模具需經(jīng)實(shí)驗(yàn)后所決定的尺寸 并修整 這些尺寸 直到符合要求為止 結(jié)束語 散熱器片屬于簡單拉深翻邊件 分析其工藝性 并確定工藝方案 根據(jù)計(jì)算 確定本制件是一次翻邊成的 本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)各個工件的配合由于模具較復(fù)雜 零件較多逐步確定模具的總體尺寸和模具零件的結(jié)構(gòu) 然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 模具的總裝圖 由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測 分析了制件在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷 采取了相應(yīng)的工藝措施 因此 模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少廢品的產(chǎn)生 散熱器片的形狀結(jié)構(gòu)一般 但是高度不太高 適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架 要保證零 件的順利加工和取件 必須有足夠的高度 因此必須選好模架以達(dá)到要求 模具 工作零件的結(jié)構(gòu)由于對稱 它相應(yīng)的簡化了模具結(jié)構(gòu) 便與以后的操作 調(diào)整和 維護(hù) 散熱器片模具的設(shè)計(jì) 是理論知識與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合 更加系統(tǒng)地對理論知 識做了更深切貼實(shí)的闡述 也使我認(rèn)識到 要想做為一名合理的模具設(shè)計(jì)人員 必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ) 并不斷學(xué)習(xí)新知識新技術(shù) 樹立終身學(xué)習(xí)的觀念 把 理論知識應(yīng)用到實(shí)踐中去 并堅(jiān)持科學(xué) 嚴(yán)謹(jǐn) 求實(shí)的精神 大膽創(chuàng)新 突破新 技術(shù) 為國民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn) 致謝 時(shí)光如電 歲月如梭 三年的大學(xué)生活即將結(jié)束 而我也即將離開可敬的老 師和熟悉的同學(xué)踏入不是很熟悉的社會中去 在這畢業(yè)之際 作為一名工科院校 的學(xué)生 做畢業(yè)設(shè)計(jì)是一件必不可少的事情 畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁雜的工作 它涉及的知識非常廣泛 很多都是書上沒 散熱片零件加工工藝及模具設(shè)計(jì) 27 有的東西 這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料 還有很多設(shè)計(jì)計(jì)算 這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決 可以說 沒有一定的毅力和耐心是 很難完成這樣復(fù)雜的工作 在學(xué)校中 我主要學(xué)的是理論性的知識 而實(shí)踐性很欠缺 而畢業(yè)設(shè)計(jì)就相 當(dāng)于實(shí)戰(zhàn)前的一次總演練 畢業(yè)設(shè)計(jì)不但把我以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來 也使我在溫習(xí)舊知識的同時(shí)也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識 這不但提高了我們解決 問題的能力 開闊了我們的視野 在一定程度上彌補(bǔ)我們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足 為以 后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 由于本人資質(zhì)有限 很多知識掌握的不是很牢固 因此在設(shè)計(jì)中難免要遇到 很多難題 在有課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)及老師的不時(shí)指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下 克服了 一個又一個的困難 使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)日趨完善 畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然很辛苦 但是在設(shè) 計(jì)中不斷思考問題 研究問題 咨詢問題 一步步提高了自己 一步步完善了自 己 同時(shí)也汲取了更完整的專業(yè)知識 鍛煉了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力 使我受益匪 淺 我相信這些經(jīng)驗(yàn)對我以后的工作一定有很大的幫助 而且也鍛煉我的吃苦耐 勞的精神 讓我在這個競爭的社會里有立足之地 最后 我衷心感謝各位老師特別是我的指導(dǎo)老師丁海老師在這一段時(shí)間給予 我無私的幫助和指導(dǎo) 并向你們致意崇高的敬意 以后到社會上我一定努力工作 不辜負(fù)你們給予我的知識和對我寄予的厚望 參考文獻(xiàn) 1 趙志偉等 模具發(fā)展現(xiàn)狀 J 模具制造 2007 6 2 4 2 李紹林 馬長福主編 實(shí)用模具技術(shù)手冊 M 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1998 3 陳錫棟 周小玉主編 實(shí)用模具技術(shù)手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 4 劉建超 張寶忠主編 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造 M 高等教育出版社 2004 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 5 王孝培主編 中國模具設(shè)計(jì)大典之沖壓模具設(shè)計(jì) M 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2003 6 虞蓮蓮 曾正明主編 實(shí)用鋼鐵材料手冊 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 7 寇世瑤主編 互換性與測量技術(shù) M 高等教育出版社 2004 8 馮炳堯 韓泰榮 殷振海 蔣文森編 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊 M 上?？茖W(xué) 技術(shù)出版社 1988 9 馮炳堯主編 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊 M 上?？茖W(xué)技術(shù)出社 1985 10 王孝培主編 沖壓手冊 M 機(jī)械工業(yè)出版社 1988