ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)
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濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)
目錄
摘 要 1
前 言 2
1.工件的工藝性分析 3
1.1沖壓時的工藝性分析 3
1.2沖壓材料選用 4
1.3沖裁工藝方案的確定 5
2 模具設(shè)計(jì)計(jì)算 5
2.1 排樣方案的確定及計(jì)算 6
2.2沖壓力的計(jì)算 8
2.3模具壓力中心的確定 10
2.4 沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算 11
2.5零件結(jié)構(gòu)尺寸的確定 14
2.6模具總裝圖 18
3.模具材料的選用 19
4 沖壓設(shè)備的選擇 20
5.模具的裝卸 22
5.1模具的裝配 22
5.2卸料裝置的確定 22
6.模具檢測 24
結(jié) 論 25
致 謝 26
參 考 文 獻(xiàn) 27
摘 要
當(dāng)今社會的進(jìn)步和發(fā)展,使原有的商品已經(jīng)不能滿足人們對物質(zhì)的需求,然而有些商品的制造必須依靠模具才能夠生產(chǎn)加工出來。因此,模具的發(fā)展與人們的生活關(guān)系越來越緊密。我們利用模具加工各種的工件,以便來滿足人們的需要,模具的發(fā)展給我們帶來了新的生活,新的時代。
在這次設(shè)計(jì)中根據(jù)所給題目的要求,我首先對沖壓件進(jìn)行了分析,分析該零件的尺寸精度得出用一般精度的模具即可滿足零件精度的要求,再從零件的形狀、尺寸標(biāo)注及生產(chǎn)批量等情況看,選擇了沖孔落料的方案。
根據(jù)對零件的綜合分析,在本人這次設(shè)計(jì)中我設(shè)計(jì)的模具是正裝沖孔落料模,主要介紹的是模具的沖孔落料,沖壓生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的工序之一。由于材料和厚度的原因,我采用的加工方法為:采用復(fù)合工序沖孔落料模進(jìn)行加工。
關(guān)鍵詞: 沖孔 落料 搭邊
前 言
模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要裝備,是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)備,是衡量一個國家和地區(qū)工業(yè)水平的重要標(biāo)志。模具在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用,是工業(yè)發(fā)展的基石,被人稱為“工業(yè)之母”和“磁力工業(yè)”。
隨著經(jīng)濟(jì)總量和工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對模具的需求量越來越大,技術(shù)要求也越來越高。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,雖然模具種類繁多,但在“十一五”期間其發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是既能滿足大量需要,又有較高技術(shù)含量,特別是目前國內(nèi)尚不能自給,需大量進(jìn)口的模具和能代表發(fā)展方向的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具。又由于模具標(biāo)準(zhǔn)件的種類、數(shù)量、水平、生產(chǎn)集中度等對整個模具行業(yè)的發(fā)展有重大影響。因此,一些重要的模具標(biāo)準(zhǔn)件也必須重點(diǎn)發(fā)展,而且其發(fā)展速度應(yīng)快于模具的發(fā)展速度,這樣才能不斷提高我國的模具標(biāo)準(zhǔn)化水平,從而提高模具質(zhì)量,縮短模具生產(chǎn)周期及降低成本。
由于我國的模具產(chǎn)品在國際市場上占有較大的價格優(yōu)勢,因此對于出口前景好的模具產(chǎn)品也應(yīng)作為重點(diǎn)來發(fā)展。而且所選擇的這些需要重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品,必須是目前已有一定基礎(chǔ),有條件、有可能發(fā)展起來的產(chǎn)品。我國模具工業(yè)雖然有了長足的發(fā)展,取得了巨大進(jìn)步,但是我們也要清醒地看到,我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達(dá)國家要落后15~20年,這與我國制造業(yè)發(fā)展的要求相比差距還很大;我們的企業(yè)技術(shù)裝備還比較落后,勞動生產(chǎn)率也較低;模具生產(chǎn)專業(yè)化、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化程度也不夠高;模具產(chǎn)品主要還是以中低檔為主,技術(shù)含量較低,高中檔模具多數(shù)要依靠進(jìn)口,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的任務(wù)很重;人才緊缺,管理滯后的狀況依然突出。可見,我國模具工業(yè)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
1.工件的工藝性分析
零件簡圖 :如圖1.1所示
工件名稱 :墊片
生產(chǎn)批量 :大批量
材 料 :10號鋼
厚度 :2mm
圖1.1零件圖
1.1沖壓時的工藝性分析
沖壓件的工藝性是指沖壓件對沖壓工藝的適應(yīng)性。在一般情況下,對沖壓件工藝性影響最大的幾何形狀尺寸和精度要求。良好的沖壓工藝性應(yīng)能滿足材料較省、工序較少、模具加工較容易、壽命較高、操作方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等要求。
沖裁件的形狀應(yīng)能符合材料合理排樣,減少廢料。
沖裁各直線或曲線的連接處,宜有適當(dāng)?shù)膱A角。
沖裁件凸出或凹入部分寬度不宜太小,并應(yīng)避免過長的懸臂與窄槽。
腰圓形沖裁件,如允許圓弧半徑,則R應(yīng)大于料寬的一半,即能采用少廢料排樣;如限定圓弧半徑等于工件寬度之半,就不能采用少廢料排樣,否則會有臺肩產(chǎn)生。
沖孔時,由于受到凸模強(qiáng)度的限制,孔的尺寸不宜過小。
沖裁件的孔與孔之間,孔與邊緣之間的距離,受到模具強(qiáng)度的限制,不能太小。
在彎曲件或拉深件上沖孔時,其孔壁與工件之間的距離不能過小。
對沖壓材料的要求沖壓所用的材料,不僅要滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)要求,還應(yīng)當(dāng)滿足沖壓工藝的要求和沖壓后繼的加工要求(如切削加工、焊接、電鍍等)。
1.2沖壓材料選用
沖壓工藝對材料的基本要求主要是:
1. 對沖壓成形性能的要求
為了有利于沖壓變形和制件質(zhì)量的提高,材料應(yīng)具有良好的沖壓成形性能。而沖壓成形性能與材料的機(jī)械性能密切相關(guān),通常要求材料應(yīng)具有:良好的塑性,屈強(qiáng)比小,彈性模量高,板厚方向性系大,板平面方向性系數(shù)小。
2. 對材料厚度公差的要求
材料的厚度公差應(yīng)符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐欢ǖ哪>唛g隙適用于一定厚度的材料,材料厚度公差太大,不僅直接影響制件的質(zhì)量,還可能導(dǎo)致模具和沖床的損壞。.對表面質(zhì)量的要求材料的表面應(yīng)光潔平整,無分層和機(jī)械性質(zhì)的損傷,無銹斑、氧化皮及其它附著物。表面質(zhì)量好的材料,沖壓時不易破裂,不易擦傷模具,工件表面質(zhì)量好
3. 常用沖壓材料
沖壓用材料的形狀有各種規(guī)格的板料、帶料和塊料。板料的尺寸較大,一般用于大型零件的沖壓,對于中小型零件,多數(shù)是將板料剪裁成條料后使用。帶料(又稱卷料)有各種規(guī)格的寬度,展開長度可達(dá)幾千米,適用于大批量生產(chǎn)的自動送料,材料厚度很小時也是做成帶料供應(yīng)。塊料只用于少數(shù)鋼號和價錢昂貴的有色金屬的沖壓。
總上所述,沖壓材料我選擇10號鋼作為沖壓件的材料。
1.3沖裁工藝方案的確定
一般對于這樣的工件,通常采用沖孔,落料加工方法。由于該工件的生產(chǎn)批量較大,如果把這道工序放在一起,可以大大提高工作效率,并減輕工作量,節(jié)約能源,降低成本,而且可以避免原有的加工方法中須將手伸入模具的問題,對保護(hù)操作者安全也很有利。
將這道工序復(fù)合在一起,可以有以下的兩種不同工藝方案:①先沖孔,后落料的工步;②落料沖孔為同一工步完成。采用方案2加工工件,不易保證長度尺寸的精度,而且易使孔沖頭磨損,降低模具壽命。經(jīng)分析,使用方案一較好。
該沖壓工件的形狀為簡單且對稱,除孔和有精度要求外其余尺寸精度要求不高,材料為Q-235A鋼其沖壓性能好,孔與外緣的壁厚較大,根據(jù)表1.1知復(fù)合摸的凸凹模壁厚部分具有足夠的強(qiáng)度。
表1.1 強(qiáng)度系數(shù)
料厚t
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
1.75
最小壁厚m
1.4
1.6
1.8
2.0
2.3
2.5
2.7
3.2
3.8
4.0
最小直徑D
15
18
21
料厚t
2.0
2.1
2.5
2.75
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
最小壁厚m
4.9
5.0
5.8
6.3
6.7
7.8
8.5
9.3
10.0
12.0
最小直徑D
21
25
28
32
35
40
45
2 模具設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 排樣方案的確定及計(jì)算
在沖壓生產(chǎn)中,節(jié)約和減少廢料具有重要的意義,在模具設(shè)計(jì)中,排樣設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極為重要的、技術(shù)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作,排樣的合理與否直接影響到材料的利用率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)率與成本以及模具壽命等,所以排樣工作的好壞是左右沖裁經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。
沖裁所產(chǎn)生的廢料分為兩種,一是工件的各種內(nèi)孔產(chǎn)生的廢料,它取決于工件的形狀,一般不能改變,稱為設(shè)計(jì)廢料;二是由于工件之間的搭邊和工件與條料側(cè)面的搭邊、板料的料頭、料尾而產(chǎn)生的廢料,它取決于沖壓方式和排樣方式,稱為工藝廢料。
提高材料利用率最主要的途徑是合理排樣使工藝廢料盡量小,另外在滿足工件使用要求的前提下,適當(dāng)?shù)母淖児ぜ慕Y(jié)構(gòu)形狀也可以提高材料的利用率。
排樣時,工件及工件與條料側(cè)邊之間的余料叫搭邊,搭邊的作用是補(bǔ)償定位誤差和保持條料有一定的剛度,以保證沖壓件質(zhì)量和送料方便。搭邊太寬,浪費(fèi)材料;搭邊太窄會引起搭邊斷裂或翹曲,可能“啃刀”現(xiàn)象或沖裁時會被拉斷,有時還會拉入模具間隙中、損壞模具刃口,從而影響模具壽命。
搭邊值的大小與下列因素有關(guān):
① 材料的力學(xué)性能。硬材料可小些,軟材料的搭邊可要大些。
② 工件的形狀與尺寸。尺寸大或有尖突的復(fù)雜的形狀時,搭邊要取得大值。
③ 材料厚度。薄材料的搭邊值應(yīng)取的大一些。
④ 送料方式及擋料方式。用手工送料、有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以取小些。
常用的排樣方法有三種:
① 有廢料排樣:指沿工件全部外形沖裁,工件與工件、工件與條料邊緣都留有搭邊,此種排樣的缺點(diǎn)是材料利用率低,但有了搭邊就能保證沖裁件的質(zhì)量,模具壽命也高。
②少廢料排樣:指模具只沿著工件部分外形輪廓沖裁,只有局部搭邊的存在。
③無廢料排樣:指工件與工件之間及工件與條料側(cè)邊之間均無搭邊的存在,模具刃口沿條料順序切下,直接獲得工件。
少廢料、無廢料排樣的缺點(diǎn)是工件質(zhì)量差,模具壽命不高,但這兩種排樣可以節(jié)省材料,還具有簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)。并且工件須具有一定的形狀才能采用少、無廢料排樣。上述三類排樣方法,按工件的外形特征主要分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排、多行排等形式。總上所述排樣如圖2.1所示。
表2-2 搭邊值表
料厚
手送料
自動送料
圓形
非圓形
往復(fù)送料
~1
1.5
1.5
2
1.5
3
2
>1~2
2
1.5
2.5
2
3..5
2.5
3
2
>2~3
2.5
2
3
2.5
4
3.5
>3~4
3
2.5
3.5
3
5
4
4
3
由表2-2 確定搭邊值表
根據(jù)零件形狀兩式件間按矩形取搭邊值,側(cè)邊取搭邊值。
則進(jìn)距:
條料寬度
`
圖2.1 排樣圖
2.2沖壓力的計(jì)算
1) 落料力
2)沖孔力
中心孔:
2個小孔:
3)沖裁時的推件力
表2.3卸料力、推件力及頂件力系數(shù)
沖裁材料
K卸
K推
K頂
純銅、黃銅
0.02~0.06
0.03~0.09
鋁、鋁合金
0.025~0.08
0.03~0.07
鋼
材料厚度mm
~0.1
0.06~0.075
0.1
0.14
>0.1~0.5
0.045~0055
0.065
0.08
>0.5~2.5
0.04~0.05
0.050
0.06
>2.5~6.5
0.03~0.04
0.040
0.05
>6.5
0.02~0.03
0.025
0.03
查表2.3
序號1的凹模刃口形式,,則 個
故: ?????
為避免各凸模沖裁力的最大值同時出現(xiàn),且考慮到凸模相距很近時避免小直徑凸模由于承受材料流動擠壓力作用而產(chǎn)生傾斜或折斷故把三沖孔凸模設(shè)計(jì)成階梯凸模如圖2.2。
圖2.2階梯凸模
則最大沖壓力:
2.3模具壓力中心的確定
如圖2.3根據(jù)圖形分析,因?yàn)楣ぜD形對稱,故落料時F落的壓力中心在上O1;沖孔F孔1、F孔2的壓力中心在O2上。
圖2.3壓力中心
設(shè)沖模壓力中心離O1點(diǎn)的距離為x,根據(jù)力矩平衡原理得:
由此算得 ?
2.4 沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算
1)沖孔部分
對沖孔,采用凸、凹模分開的加工方法
表2.4 初始雙面間隙Zmax、Zmin
材料厚度t/mm
08、10、35
09M2、Q235
Q345
40、50
65Mn
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
Zmax
Zmin
小于0.5
極小間隙
0.5
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.040
0.060
0.6
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.048
0.072
0.7
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.064
0.092
0.8
0.072
0.104
0.072
0.104
0.072
0.104
0.064
0.092
0.9
0.090
0.116
0.090
0.126
0.090
0.126
0.090
0.126
1.0
0.180
0.120
0.100
0.140
0.100
0.140
0.090
0.126
1.2
0.126
0.180
0.132
0.180
0.132
0.180
1.5
0.132
0.240
0.170
0.240
0.170
0.240
1.75
0.220
0.320
0.220
0.320
0.220
0.320
2.0
0.246
0.360
0.260
0.380
0.260
0.380
由表2.4 確定初始雙面間隙Zmax、Zmin的值:
表2.5規(guī)則形狀沖裁時凸模、凹模的制造公差
基本尺寸
凸模公差
凹模公差
基本尺寸
凸模公差
凹模公差
≦18
﹥18~30
﹥30~80
﹥80~120
﹥120~180
0.020
0.020
0.020
0.025
0.030
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
≧180~60
﹥260~360
﹥360~500
﹥500
0.030
0.035
0.040
0.050
0.045
0.050
0.060
0.070
對沖孔時:
,
對沖孔時:
,
故滿足條件
沖孔部分:
?
沖孔部分:
尺寸極限偏差轉(zhuǎn)化為
2)落料部分
對外輪廓的落料,由于形狀較復(fù)雜,故采用配合加工方法
當(dāng)以凹模為基準(zhǔn)件時,凹模磨損后刃口部分尺寸都增大,因此均屬于A類尺寸。
零件圖中末注公差的尺寸其極限偏差:
、
、尺寸極限偏差轉(zhuǎn)化為、
表2.6 因數(shù)X
材料厚度
t/mm
非圓形x的值
圓形x值
1
0.75
0.5
0.75
0.5
工件公差/mm
1
﹤0.16
0.17~0.35
≥0.36
﹤0.16
≥0.16
1~2
﹤0.20
0.21~0.41
≥0.42
﹤0.20
≥0.20
2~4
﹤0.24
0.25~0.49
≥0.50
﹤0.24
≥0.24
﹥4
﹤0.30
0.21~0.59
≥0.60
﹤0.30
≥0.30
查表2.6得
則:
該零件凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相應(yīng)部分尺寸配制,保證雙面間隙值。
2.5零件結(jié)構(gòu)尺寸的確定
1)凹模外形尺寸的確定
凹模厚度的確定:
——取總壓力
工件長
凹模寬度的確定:
取步距
工件寬
2)凸模長度的確定
凸模長度計(jì)算為
其中初定:導(dǎo)尺厚
卸料板厚
凸模固定板厚
凸模修磨量
則:
圖2.4落料凸模
圖2.5沖孔凸模
圖2.6凹模
2.6模具總裝圖
圖2.7總裝圖
3.模具材料的選用
利用模具生產(chǎn)制品零件,其模具質(zhì)量的好壞,壽命的長短,直接關(guān)系到產(chǎn)品制造精度、性能和成本。是提高勞動生產(chǎn)率、降低消耗、創(chuàng)造效益,盡快使產(chǎn)品占領(lǐng)市場的重要性條件。而模具的質(zhì)量、使用壽命、制造精度及合格率很大程度上取決于設(shè)計(jì)時對模具材料的選用、熱處理工藝要求、模具零件配合精度及公差等級的選擇和表面質(zhì)量要求。冷沖模材料應(yīng)具有的性能:
冷沖模包括沖裁模、彎曲模、拉深模、成形模和冷擠壓模等。冷沖模在工作中承受沖擊、拉深、壓縮彎曲、疲勞磨擦等機(jī)械的作用。模具常常發(fā)生脆斷、堆塌、磨損、啃傷和軟化等形成的失效。因此,作為冷沖模主要材料的鋼材,應(yīng)具有的性能。
1. 應(yīng)具有較高的變形抗力:主要抗力指標(biāo)包括淬火、回火抗壓強(qiáng)度、彎強(qiáng)度等。其中硬度是模具注意重要的抗力指標(biāo),高的硬度是保持模具耐磨性的必要條件。工作零件熱處理后的硬度在60HRC強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度才能保證模具具有較高的變形能力。
2. 應(yīng)具有較高的斷裂抗主要抗力指標(biāo)有材料的抗沖擊性能抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度 斷裂抗力和沖擊載荷下抵抗模具裂紋產(chǎn)生一個特性,也是作為防止斷裂的一個重要依據(jù)。其基體中碳含量越高沖擊韌性越高。故對韌性的要求應(yīng)依據(jù)載荷較大的冷沖鐓及剪切模易受偏心彎曲載荷細(xì)長凸?;蛴袘?yīng)力集中的模具,都需要有較高的韌性。
3. 應(yīng)具有較高的耐磨性和抗疲勞性能:對于在一定條件下工作的模具鋼,為了提高耐磨性,需要在硬度高的基體上均勻分布有大量細(xì)小硬的碳化物 相同硬度下,提高鋼的性能是模具在交變應(yīng)力條件下產(chǎn)生的疲勞破壞,如模具長期使用有刮痕凹槽等
4. 應(yīng)具有較好的冷、熱加工工藝性:鋼材的加工性能包括可鍛性、可加工性、淬透性、淬硬性較小的脫碳敏感性和較小變形傾向等,以方便模具的加工,易于成形及防止熱處理后變形等。
總上所述:凸、凹模采用工作部分局部淬火材料也用淬火變形小的模具鋼。
4 沖壓設(shè)備的選擇
按公稱壓力選取壓力機(jī)查表2.7
2.7開式雙柱可傾壓力機(jī)技術(shù)規(guī)格
型號
J23-3.15
J23-6.3
J23-10
J23-16
J23-16B
J23-25
JC23-25
公稱壓力
31.5
63
100
160
160
250
350
滑塊行程
25
35
45
55
70
65
80
滑塊行程次數(shù)
200
170
145
120
120
55
50
最大封閉高度
120
150
180
220
220
270
280
封閉高度調(diào)節(jié)量
25
35
35
45
60
55
60
滑塊中心線至床身距離
90
110
130
160
160
200
205
立柱距離
120
150
180
220
220
270
300
工作臺尺寸
前后
160
200
240
300
300
370
380
左右
250
310
370
450
450
560
610
工作臺孔尺寸
前后
90
110
130
160
110
200
200
左右
120
160
200
240
210
290
290
直徑
110
140
170
210
160
260
260
墊板尺寸
厚度
30
30
35
40
60
50
60
直徑
150
模柄孔尺寸
直徑
25
30
30
40
40
40
50
深度
40
55
55
60
60
60
70
滑塊底面尺寸
前后
90
180
190
左右
100
200
210
床身最大可傾角
35
選取公稱壓力630KN的開式雙柱可傾壓力機(jī),該壓力機(jī)與模具設(shè)計(jì)的有關(guān)系參數(shù)為:
公稱壓力:630
滑塊行程:130
封閉高度調(diào)節(jié)量:80
工作臺尺寸:
模柄孔尺寸:
3.模架的外形尺寸及彈簧尺寸確定選取模架
(GB/T2851.3—90)。
上模座:
下模座:
導(dǎo)柱:
導(dǎo)套:
導(dǎo)柱、導(dǎo)套滲碳深度,硬度
沖孔凸模、落料凹模、凸凹模及彎曲凸、凹模的材料可用,熱處理硬度。
5.模具的裝卸
5.1模具的裝配
復(fù)合模是指在沖床一次行程中沖制產(chǎn)品兩道或兩道以上工序的沖模,這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝配要求高,但由于模具生產(chǎn)率高,各內(nèi)、外型面間的相對位置精度高,故廣泛應(yīng)用于精密零件的加工。本模具為落料—拉深復(fù)合模其裝配一般按下面的步驟進(jìn)行:
①裝配壓入式模柄,垂直上模座端面,裝后同磨大端面齊平。
②將拉深凸模裝在下模座上,并相對下模座底面垂直。。同磨端面平齊后,作止動螺釘孔,并安裝止動螺釘。
③以頂件塊定心,將凹模裝在下模座上,經(jīng)調(diào)整與拉深凸模同軸后,用平行夾板夾緊,做螺釘孔和銷釘,并擰緊螺釘,配入適當(dāng)過盈的定位銷。
④將凸凹模裝在固定板上,并保持垂直,同磨大的;端面齊平。
⑤用平行夾板將上凸凹模的固定板與上模座加緊后合模,使導(dǎo)柱緩慢進(jìn)入導(dǎo)套。在凸凹模的外圓對正凹模后,配作螺釘和螺釘過孔,并擰入螺釘?shù)灰o。用輕輕敲打固定板的方法進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整,待凸凹模和凹模的間隙均勻后,配作凸凹模固定板和上模座的銷孔,并配入相應(yīng)過盈量的銷釘。
⑥加工頂件塊時,外圓按凹模的孔實(shí)配,內(nèi)孔按拉深凸模的外圓實(shí)配,保持要求的間隙。裝配后,頂件塊的頂面須高于凹模而拉伸凸模的頂面不得高于凹模。
⑦安裝固定擋料銷和卸料板,按凹模板上的孔套在凸凹模外圓上應(yīng)于凹模中心保持一致。在用平行夾板夾緊的情況下,按凹模上的螺孔引作卸料板上的螺釘過孔,并以螺釘固緊,其他零件的裝配均符合要求后打標(biāo)記。
5.2卸料裝置的確定
卸料與出件裝置的作用是當(dāng)沖模完成一次沖壓之后,把沖件或廢料從模具工作零件上卸下來,以便沖壓工作繼續(xù)進(jìn)行。通常,把沖件或廢料從凸模上卸下來稱為卸料。
卸料裝置按卸料的方式分為固定卸料裝置﹑彈性卸料裝置和廢料切刀三種。固定卸料裝置僅由固定卸料板構(gòu)成,一般安裝在下模的凹模上;彈性卸料裝置由卸料板、卸料螺釘和彈性元件(彈簧或橡膠)組成;彈性卸料裝置可安裝于上模或下模,依靠彈簧或橡膠的彈力來卸料,卸料力不太大但沖壓時可兼起壓料作用,故多用于沖裁料薄及平面度要求較高的沖件;廢料切刀是在沖裁過程中沖裁廢料切斷成數(shù)塊,從而實(shí)現(xiàn)卸料的一種卸料零件。
出件裝置的作用是從凹模內(nèi)卸下沖件或廢料。我們通常把準(zhǔn)過載上模內(nèi)的出件裝置稱為推件裝置;把裝在下模內(nèi)的稱為頂件裝置。
綜合考慮該模具的結(jié)構(gòu)和使用方便,以及工件料厚為2.0 mm,相對較薄,卸料力也比較小,故可采用彈性卸料,又因?yàn)槭菑?fù)合模生產(chǎn),所以采用下出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率。
6.模具檢測
表2.11 沖裁模具試沖檢測表
序號
質(zhì)量管理及檢測內(nèi)容
說明
1
組織質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng),對模具生產(chǎn)過程全面檢查與監(jiān)控
1模具原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)
模具零件加工后質(zhì)量檢驗(yàn),主要包括零件的形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量、硬度及形位精度。
2具裝配后前后的檢驗(yàn)。
3模具試模后的驗(yàn)收。
4具內(nèi)在質(zhì)量的無損探傷檢測。
5具包裝、運(yùn)輸質(zhì)量檢驗(yàn)。
2
組織對加工設(shè)備及工裝夾具檢查
1檢查加工設(shè)備運(yùn)行情況及加工精度
2檢驗(yàn)共裝卡具工作及精度狀況。
3
組織產(chǎn)品質(zhì)量分析
1進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量分析。
2提出提高產(chǎn)品質(zhì)量措施
3提出改進(jìn)方案、意見
4
組織質(zhì)量教育與技術(shù)教育
1對操作者進(jìn)行質(zhì)量全面管理教育,以提高操作者責(zé)任心。
2對操作者進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),以提高操作者技術(shù)水平
5
組織維護(hù)、保養(yǎng)量器具
對在檢測過程中、所使用的量具、量儀等進(jìn)行保管、維護(hù),并提出定期鑒定的申請。
6
組織對模具的整體驗(yàn)收
結(jié) 論
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)三年中的最后一個環(huán)節(jié),是對三年的學(xué)習(xí)生活中所學(xué)的知識一個匯總和概括,使我們每個人都能總合運(yùn)用所學(xué)的知識。
在校期間,開設(shè)有《機(jī)械制圖及AUTOCAD》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械制造》、《液壓傳動》、《數(shù)控機(jī)床及編程》、《PLC》等課程,這些課程有電子的,有專業(yè)課程設(shè)計(jì)的,對我們搞好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助,綜合運(yùn)用好這些課程,對我這次有巨大的幫助。
即將畢業(yè)的我,在以后的工作中難免會遇到一些問題或麻煩,如機(jī)器損壞或零件老化等一系列問題時,這時就要靠自己以前所學(xué)的知識和積累的經(jīng)驗(yàn)去解決它。隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)達(dá),一些質(zhì)量優(yōu)、性能好、效率高、能耗低、價格低廉的產(chǎn)品將開發(fā)出來并淘汰那些老的生產(chǎn)技術(shù)或設(shè)備。因此,我們應(yīng)該樹立良好的設(shè)計(jì)思想,重視對自己進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng);增加設(shè)計(jì)方面的知識而努力。
綜合運(yùn)用好這些課程,加之我們平時的知識積累和老師的極大的幫助和指導(dǎo),為這次課程設(shè)計(jì)提供了非常有利的保障。
因水平有限,設(shè)計(jì)中必然有許多不足之處,還望老師批評指正。
致 謝
三年的學(xué)習(xí)生活一眨眼就過了,在外求學(xué)經(jīng)歷的坎坷使我慢慢成熟,對三年以來幫助的人們我滿懷感激,時刻沒有忘記。所經(jīng)歷的一切將讓我倍加珍惜未來的生活。
通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我學(xué)到了許多知識,比如說模具整體的設(shè)計(jì)過程和你設(shè)計(jì)模具的實(shí)用性,你所設(shè)計(jì)的模具的最終目的是用模具來生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,其中還包括許多課本上學(xué)不到的知識。當(dāng)然,在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的一些難題。比如說怎樣提高產(chǎn)品的加工精度,以及小型工件的加緊這些問題,都通過我們?nèi)シ喯嚓P(guān)的書籍和經(jīng)過張老師的悉心指教和幫助最終才得以解決,通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),也使得我們這組成員更加齊心協(xié)力、努力創(chuàng)新,自始至終,都抱著一顆堅(jiān)定的信念,即如何做能使其工件更加美觀、精度更高、工作效率最高的心態(tài)即將畢業(yè)的我們,在以后的工作中難免會遇到一些問題或麻煩。
隨著科學(xué)技術(shù)的高度的發(fā)達(dá),一些質(zhì)量優(yōu)、性能好、效率高、能耗低、價格廉的產(chǎn)品將開發(fā)出來并淘汰那些老的生產(chǎn)技術(shù)或設(shè)備。因此,我們應(yīng)該樹立良好的設(shè)計(jì)思想,重視對自己進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng),樹立知識經(jīng)濟(jì)意識;善于利用各種信息資源,擴(kuò)展知識面和能力;培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)、艱苦奮斗的企業(yè)精神,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識,做到清潔生產(chǎn)和文明生產(chǎn),以最大限度的獲得企業(yè)效益和社會效益
在此,感謝我們的指導(dǎo)老師——張老師在百忙之中給予我們作品的悉心指點(diǎn)與幫助。感謝他為我們指點(diǎn)迷律、出謀劃策。同時,也感謝我們的這組的成員在這次設(shè)計(jì)中給予我的幫助!
所以,在以后的工作中,繼續(xù)學(xué)習(xí)和加深。在此我非常感謝張老師在設(shè)計(jì)過程中對我的指導(dǎo)和幫助,在此向張老師致以誠摯的謝意!
參 考 文 獻(xiàn)
[1].成虹.《沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》.高等教育出版社.1987.
[2].沖模設(shè)計(jì)編.《沖模設(shè)計(jì)手冊之四》.機(jī)械工業(yè)出版社1999.
[3].械設(shè)計(jì)編寫組.《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》.機(jī)械工業(yè)出版社1985.
[4].楊占堯.《沖壓模具圖冊》.高等教育出版社1998.
[5].侯維芝、楊金風(fēng).《模具制造工藝與工裝》.高等教育出版社1997.
[6].張鼎承.《冷沖模的設(shè)計(jì)與制造》.上??萍汲霭嫔?995.
[7].王芳.《冷沖壓模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》.機(jī)械工業(yè)出版社1982.
[8].孫鳳勤.《模具制造工藝與設(shè)備》.機(jī)械工業(yè)出版社1983.
[9].黃健求.《模具制造》.機(jī)械工業(yè)出版社2001.
[10].李德群.《現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)方法》.機(jī)械工業(yè)出版社2004
[11].陳萬林.《實(shí)用模具技術(shù)》.機(jī)械工業(yè)出版社2000.
[12].模具實(shí)用技術(shù)從書編委會.《沖模設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例》.1986.
濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)意見表
指導(dǎo)教師意見:
教師簽字:
年 月 日
評閱人意見:
評閱人簽字:
年 月 日
答辯委員會意見:
成 績 評 定:
答辯組組長簽字:
年 月 日
28
設(shè)計(jì)任務(wù)書
設(shè)計(jì)題目:
墊片沖裁模設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求
1.選擇合理的沖裁工藝。
2.確定正確的沖裁方案。
3.計(jì)算相關(guān)的零件尺寸。
4.完成合理的裝配方案及沖壓調(diào)試。
設(shè)計(jì)進(jìn)度要求
11月20日—11月30日 查閱及收集相關(guān)資料
12月1日—12月5日 計(jì)劃設(shè)計(jì)任務(wù)
12月6日—12月12日 計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)
12月13日—12月19日 模具的裝配圖的設(shè)計(jì)
12月20日—12月28日 修改、校核、提交論文
12月29日—12月31日 畢業(yè)答辯
指導(dǎo)教師(簽名):
第 22 頁 共 23 頁
設(shè)計(jì)用紙
在沖壓過程模擬 - 產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)最新應(yīng)用
摘 要
工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)仿真都是目前正在實(shí)行產(chǎn)業(yè)。然而,一個變量數(shù)目會對
輸入的準(zhǔn)確性和計(jì)算機(jī)預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)沖壓模擬能力評估預(yù)測的特點(diǎn)和其工藝條件部分的復(fù)雜形面形成了復(fù)合、工業(yè)零件的研究。
在工業(yè)應(yīng)用中,下面是沖壓過程的進(jìn)行模擬測試達(dá)到的兩個目標(biāo):(1)通過分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、成形性及預(yù)測來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì);(2)在模具設(shè)計(jì)的前期階段減少試模時間和在沖壓加工過程中降低生產(chǎn)成本。為了達(dá)到這兩個目標(biāo),有兩種方法可以選擇:一種是Pam-Stamp應(yīng)用法,一種是Int'l工程系統(tǒng)有限元增量的動態(tài)程序法。很明顯第二個目標(biāo)方法比較好,因?yàn)樗梢蕴幚淼膶?shí)際沖壓中的大多數(shù)參數(shù)。FAST_FORM3D,一個單步有限元程序的成型技術(shù),匹配第一個目標(biāo),因?yàn)樗恍枇慵缀涡螤顝?fù)雜的過程,而不是信息。
在以往的研究表明,這些兩個沖壓守則也適用于制造汽車和工程機(jī)械所使用的復(fù)雜形狀部件。對在沖壓成形性預(yù)測問題的能力進(jìn)行了評價。本文回顧了這一研究結(jié)果,并總結(jié)了有限元模擬程序所取得結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。
在另一項(xiàng)研究中,對控制壓邊力(BHF)在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響進(jìn)行了研究。高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜—高質(zhì)量鋼(AKDQ),以及如高強(qiáng)度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認(rèn)不同的壓邊力可以改善圓頂杯的應(yīng)變分布。
關(guān)鍵詞:沖壓;過程刺激;工藝設(shè)計(jì)
1.簡介
對于形狀復(fù)雜的板材(如汽車覆蓋件金屬沖壓件的設(shè)計(jì)過程,包括決策的許多階段)的設(shè)計(jì)過程是一個非常昂貴和耗時的過程。在目前的工業(yè)上,許多工程決策是基于工作人員的經(jīng)驗(yàn)和他們的知識,這些決策通常是經(jīng)過軟工裝模具成??型階段和硬模選拔賽驗(yàn)證階段后才做出的。很多時候軟、硬工具必須重新編制,甚至重新設(shè)計(jì)和提供的零件到達(dá)可接受的質(zhì)量水平。
現(xiàn)在將最好的設(shè)計(jì)過程列在圖1中。在這個設(shè)計(jì)過程中,經(jīng)驗(yàn)豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員會使用一個稱為一步有限元法的專門設(shè)計(jì)的軟件來估計(jì)其設(shè)計(jì)成形性。這將使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者在確定設(shè)計(jì)路線之前,以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來之前做必要的修改。一步法有限元法特別適合用于產(chǎn)品分析,因?yàn)樗恍枰辰Y(jié)劑、附錄、甚至絕大多數(shù)工藝條件。通常方法不可用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。一步法有限元法也很容易掌握,計(jì)算速度快,這使得設(shè)計(jì)人員能夠發(fā)揮“如果”沒有太多的時間投資。
圖- 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計(jì)過程。
一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計(jì)和經(jīng)過驗(yàn)證,開發(fā)項(xiàng)目將進(jìn)入“零時間”階段,并傳遞到模具設(shè)計(jì)階段。模具設(shè)計(jì)人員會確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計(jì)并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更,甚至優(yōu)化工藝參數(shù),確保不只是最低的可接受的零件質(zhì)量,而是最高達(dá)到的質(zhì)量。這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量,而且增加過程的成品率。增量有限元法特別適合于模具設(shè)計(jì)分析,因?yàn)樗_實(shí)需要粘合劑,附錄,以及已知的模具設(shè)計(jì)或渴望被人知道的過程。
驗(yàn)證制造模具的設(shè)計(jì)后就會直接進(jìn)入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗(yàn)證階段,在此期間,將與物理原型零件對比著進(jìn)行,試用時間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗(yàn)證。重新設(shè)計(jì)和成型,由于不可預(yù)見的問題,再制造模具應(yīng)該是過去的事情。試用時間減少和消除重新設(shè)計(jì)/再制造所用的時間應(yīng)該超過彌補(bǔ)進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證、試模、加工過程所用的時間。
對于薄板沖壓件生產(chǎn)商而言,沖壓工藝的優(yōu)化也是非常重要的。通過適度增加壓力機(jī)設(shè)備的投資、并使用模具成型、一個人可以控制多個沖壓過程。據(jù)記載,壓邊力是板料成形過程中最敏感的工藝參數(shù)之一,因此可用于精確控制變形過程。
通過控制壓邊力在功能和壓應(yīng)力的位置等有效措施,提高粘結(jié)劑的外圍的應(yīng)變分布的小組提供了新增的強(qiáng)度和剛度,降低了面板和殘余應(yīng)力的回彈程度,提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。
通過控制作為壓應(yīng)力和周圍的粘結(jié)劑邊緣位置的函數(shù)壓邊力,可以提高面板強(qiáng)度和剛度,減少面板回彈和殘余應(yīng)力應(yīng)變分布,提高產(chǎn)品質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。一種廉價的工業(yè)質(zhì)量體系,目前正在制定在緊急救濟(jì)協(xié)調(diào)員/ NSM采用了液壓和氮的結(jié)合,如圖—2所示。使用壓邊力控制也可以允許工程師設(shè)計(jì)更具有侵略性的板窗利用所提供的增加壓邊力控制成形性。
圖2. 壓邊力控制系統(tǒng)和模具正在開發(fā)的ERC / NSM實(shí)驗(yàn)室
1.對設(shè)計(jì)過程的三個獨(dú)立階段研究進(jìn)行了研究
將會在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段,其中一個步驟是有限元程序FAST_FORM3D(成型技術(shù))的驗(yàn)證,作為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)的一部分,用來預(yù)測毛坯最佳形狀的研究。第4節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計(jì)階段,其中一個實(shí)際的工業(yè)平板是用來驗(yàn)證的增量有限元程序的PAM –Stamp系統(tǒng)(國際工程系統(tǒng))的研究。第5節(jié)覆蓋了在實(shí)驗(yàn)室研究壓邊力控制應(yīng)變分布在深沖、半球形、圓頂平底杯的影響。
2 產(chǎn)品仿真 - 應(yīng)用
這項(xiàng)調(diào)查的目的是為了驗(yàn)證FAST_FORM3D系統(tǒng),確定FAST_FORM3D對毛坯形狀預(yù)測的能力,并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中是怎么實(shí)施的。成型技術(shù)提供了他們的一步法有限元代碼和培訓(xùn)中心的FAST_FORM3D / NSM為目的的基準(zhǔn)和研究。FAST_FORM3D并不等同于變形歷史。相反,它將項(xiàng)目上一個平面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點(diǎn)和元素,直至達(dá)到最低能量狀態(tài)。這個過程是計(jì)算速度比就像是PAM –Stemp的增量模擬,也使得假設(shè)增多。FAST_FORM3D能評價和估計(jì)最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu),也是一個強(qiáng)有力的工具,產(chǎn)品設(shè)計(jì)師由于其速度和使用的安逸性,但是在這時期的幾何是不可用的。
為了驗(yàn)證FAST_FORM3D,我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測預(yù)報(bào)方法的毛坯形狀。該零件的幾何形狀如圖3所示是一個長15英寸、寬5英寸、深12英寸有一個1英寸直角法蘭盤英寸。表1列出了工藝條件下使用,圖4顯示了使用Romanovski零件毛坯形狀的實(shí)證法和滑移線場的方法來預(yù)測毛坯形狀的原理。
圖. 3 矩形幾何用于FAST_FORM3D驗(yàn)證
表1 為FAST_FORM3D矩形驗(yàn)證過程中使用參數(shù)
圖4。使用手工計(jì)算毛坯長方形盤的外形設(shè)計(jì)。
(一)Romanovski的經(jīng)驗(yàn)方法;(二)滑移線場分析方法。
圖5(a)給出了預(yù)測從Romanovski法,滑移線場方法,幾何形狀和FAST_FORM3D空白。空白形狀同意在角落里地區(qū),但不同的側(cè)面區(qū)域很大。圖5(二)- (c)顯示抽簽中模式后的矩形繪制過程。
平移由Pam-Stemp模擬預(yù)測空白的每個形狀。抽簽中地區(qū)在彎道很好匹配所有三個長方形盤模式?;凭€場方法,雖然沒有達(dá)到目標(biāo)區(qū)域在身邊1英寸法蘭,而Romanovski和FAST_FORM3D方法實(shí)現(xiàn)了1英寸法蘭在身邊地區(qū)相對較好。此外,只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/側(cè)過渡區(qū)。此外,F(xiàn)AST_FORM3D毛坯比Romanovski具有較好的應(yīng)變分布和更低的峰值應(yīng)變比,由圖6中可以看到。
圖5 各種毛坯形狀預(yù)測和帕姆印花仿真結(jié)果為長方形鍋。
(一)三預(yù)測空白形狀;(二)變形滑移線領(lǐng)域的毛坯;(三)畸形Romanovski毛坯;(四)畸形FAST_FORM3D毛坯
圖6 比較應(yīng)變泛用長方形的PAM –Stemp形狀分布的各種毛坯。
(一)變形Romanovski毛坯;(二)畸形FAST_FORM3D毛坯。
若要繼續(xù)此驗(yàn)證研究,從小松制作工業(yè)部分被選中,并在圖7(a)所示。我們預(yù)計(jì)的一個最優(yōu)幾何FAST_FORM3D空白的實(shí)驗(yàn)裝置,正如所見,毛坯很相似,但有一些差異,最終的零件毛坯形狀,如圖7(b)。
圖7 儀器FAST_FORM3D模擬結(jié)果包括最終驗(yàn)證。
(一)FAST_FORM3D成形性能的比較;(二)預(yù)測與實(shí)驗(yàn)的毛坯形狀比較。
接下來,我們模擬了沖壓的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp實(shí)驗(yàn)毛坯。我們通過比較兩者的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)預(yù)測的零件幾何形狀 (圖8),發(fā)現(xiàn)FAST_FORM3D是更精確的。一個不錯的特征是,FAST_FORM3D能顯示“失敗”的部分情節(jié)的輪廓曲線,對失敗限制示于圖7(A)??傊? FAST_FORM3D在預(yù)測的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯。這表明,F(xiàn)AST_FORM3D可以成功地用于評估產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性的問題。在儀器的覆蓋情況下,審判和錯誤實(shí)驗(yàn)多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
圖 8。比較FAST_FORM3D和實(shí)驗(yàn)儀器的零件形狀。
(一)實(shí)驗(yàn)開發(fā)毛坯形狀和CAD幾何;(二)優(yōu)化毛坯形狀和FAST_FORM3D的CAD幾何。
3 模具和工藝模擬- 應(yīng)用
為了在研究模具設(shè)計(jì)過程中緊密合作,一個由日本小松制作所和ERC/ NSM組成的小組。與形成問題的一個生產(chǎn)小組選擇了小松。該面板是挖掘機(jī)的駕駛室左側(cè)內(nèi)板,如圖9所示。是的幾何簡化為一個實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室死亡,同時保持該小組的主要特征。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中小松使用表2所示的條件。一個成形極限圖(FLD)研制了用于繪圖品質(zhì)采用穹頂鋼和視覺測試應(yīng)變測量系統(tǒng),并在圖10所示。在實(shí)驗(yàn)中使用三壓邊力分別是(10,30,50噸)以確定其效果。每個模擬實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。
圖9 挖掘機(jī)的駕駛室,左側(cè)內(nèi)板
表2機(jī)艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查
圖10 在機(jī)艙內(nèi)調(diào)查所使用的繪圖優(yōu)質(zhì)鋼成形極限圖。
在10噸的條件下發(fā)生起皺的實(shí)驗(yàn)部分,如圖11所示。在30噸條件下發(fā)生皺紋被淘汰,如圖12所示。對這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了PAM –Stemp模擬預(yù)測,如圖13所示。 30噸壓力的測量小組以確定材料畫中的模式。這些測量結(jié)果進(jìn)行了比較與預(yù)測材料繪制在圖14研究。效果是非常良好,只有10毫米,最大的錯誤。一個輕微的頸部,觀察小組的30噸,如圖13所示。在50噸時,面板上會出現(xiàn)明顯的骨折起皺。
圖11 皺褶實(shí)驗(yàn)室機(jī)艙內(nèi)板,壓邊力= 10噸
圖12 壓邊力=30噸機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室和頸縮變形階段。 (一)實(shí)驗(yàn)毛坯;(二)實(shí)驗(yàn)小組,形成了60%;(三)實(shí)驗(yàn)小組,完全形成;(四)實(shí)驗(yàn)小組,縮頸細(xì)節(jié)。
圖13 預(yù)測和在實(shí)驗(yàn)室客艙內(nèi)消除皺紋。
(a)預(yù)期的幾何形狀,壓邊力= 10噸;(二)預(yù)測的幾何形狀,壓邊力= 30噸
圖14 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)艙預(yù)測與實(shí)測比較所得出的結(jié)果,壓邊力= 30噸。
應(yīng)變測量系統(tǒng)測量了每個小組的結(jié)果,其結(jié)果如圖15所示。從每個小組有限元模擬的預(yù)測在圖16所示。這些預(yù)測和測量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布,不同的壓邊力對結(jié)果的影響不大。雖然趨勢是代表,壓邊力的影響往往在模擬的壓力更多的本地化的方式相比,測量。然而,這些預(yù)測表明, PAM –Stemp正確預(yù)測了頸縮和斷裂在30和50噸時發(fā)生。關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進(jìn)行了研究,如圖17模擬圖所示。
圖 15 機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)應(yīng)變測量。
(一)測量應(yīng)變,壓邊力= 10噸(面板皺)(二)測量應(yīng)變,壓邊力= 30噸(面板頸);(三)測量應(yīng)變,壓邊力=50噸(面板裂縫)。
圖。16。機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)變有限元預(yù)測。
(a)預(yù)期的壓力,壓邊力= 10噸;(二)預(yù)測的壓力,壓邊力= 30噸;(三)預(yù)測的壓力,壓邊力= 50噸。
圖17 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測效應(yīng)摩擦機(jī)艙內(nèi),壓邊力= 30噸。
(a)預(yù)期的壓力,μ=0.06;(二)預(yù)測應(yīng)變,μ=0.10。
它們的比較結(jié)果摘要列于表3中,此表顯示,模擬預(yù)測了在實(shí)驗(yàn)條件下每一株測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果。這表明,PAM-Stemp可以用來評估成形模具設(shè)計(jì)相關(guān)的問題。
表3客艙內(nèi)的研究結(jié)果摘要
4. 壓邊力控制- 應(yīng)用
這次調(diào)查的目的是確定各種高性能材料在半球狀,圓頂平底,深拉杯深沖性能(見圖18),并探討不同時間的變壓邊力上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn),以確定這些材料進(jìn)行分析和模擬輸入到流動應(yīng)力和各向異性特征(見圖 19和表5)。在被調(diào)查的材料包括AKDQ鋼、高強(qiáng)度鋼、烘烤硬鋼、鋁6111(見表4)。
圖18 巨形杯模具的幾何形狀
表4用于材料研究的圓頂杯
圖19 鋁6111,AKDQ,強(qiáng)度高,烤硬鋼的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。
(一)拉伸試樣裂隙;(二)應(yīng)力/應(yīng)變曲線。
表5 鋁6111、AKDQ、烤硬鋼的高強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)
值得注意的是流動應(yīng)力和AKDQ烤硬鋼曲線非常類似,但是在5%的時候伸長率減少類似烤硬。雖然高強(qiáng)度鋼和鋁6111的伸長率很相似,但是其N值比鋁6111的值大兩倍。此外, AKDQ的R值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,而烤硬接近1,鋁6111遠(yuǎn)小于1。
在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時間變量中包含常數(shù),線性減少,脈動(見圖20)。為AKDQ鋼的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了模擬使用的PAM -Stemp增量代碼。斷裂、皺紋的例子,和良好的實(shí)驗(yàn)室杯圖21所示以及對模擬圖像皺杯。
圖20.用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時間。
(一)固定壓邊力;(二)斜壓邊力;(三)脈動壓邊力。
圖 21。模擬實(shí)驗(yàn)和圓頂杯。
(一)實(shí)驗(yàn)好杯;(b)實(shí)驗(yàn)裂隙杯;(三)實(shí)驗(yàn)皺杯;(四)模擬皺杯
對深沖性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究限制使用固定壓邊力。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示在表6 此表顯示,AKDQ的沖壓性能最大,而鋁的最小而烤硬、高強(qiáng)度鋼的性能中等。對AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動壓邊力進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)圖22,模擬圖23。這兩個模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn),斜坡的壓邊力軌跡對于提高應(yīng)變分布情況是最好的。不僅減少了骨折的可能性降低峰值高達(dá)5%,而且還降低應(yīng)變地區(qū)的增加。這種應(yīng)變分布的改善,提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度,減少回彈和殘余應(yīng)力,提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性。
表6。恒定壓邊力限制的頂燈杯的沖壓性能
圖22。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的實(shí)驗(yàn)
圖23。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實(shí)驗(yàn)
脈動壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi),未發(fā)現(xiàn)有對應(yīng)變分布的影響。這可能是由于這一事實(shí)的脈動頻率進(jìn)行了測試只有1赫茲。從其他研究人員以前的實(shí)驗(yàn)可知,適當(dāng)?shù)念l率范圍是從5到25赫茲。AKDQ從模擬和實(shí)驗(yàn)載荷行程曲線比較圖24所示。良好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)的情況下μ=0.08。這表明,有限元模擬可以用來評估成形性,可以通過使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善。
圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實(shí)驗(yàn)與模擬負(fù)載沖程曲線
5 結(jié)論和未來工作
在本文中,我們評價一個復(fù)雜的沖壓件的改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中,涉及消除了軟模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗(yàn)證使用單步和增量有限元模擬。此外,改進(jìn)工藝,提出了壓邊力控制實(shí)施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成
三個獨(dú)立的調(diào)查分析,總結(jié)其在設(shè)計(jì)過程的各個階段。首先,產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室和一個步驟有限元程序FAST_FORM3D和評估的能力,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性問題所涉及的工業(yè)驗(yàn)證。 FAST_FORM3D在預(yù)測中矩形工業(yè)儀表盤和蓋形狀最佳空白成功。在儀器的覆蓋情況下,審判和錯誤實(shí)驗(yàn)多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。
其次,模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查實(shí)驗(yàn)室和增量代碼的PAM –Stemp系統(tǒng)的工業(yè)驗(yàn)證和評估的能力,形成與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的問題。這項(xiàng)調(diào)查表明,PAM的郵票可以預(yù)測應(yīng)變分布,起皺,頸縮和斷裂,至少一個遠(yuǎn)景以及應(yīng)變各種條件下的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)。
最后,工藝設(shè)計(jì)階段的調(diào)查,對質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)改善的實(shí)驗(yàn)研究。在此調(diào)查,半球狀,圓頂平底高峰株,杯子的拉伸值都被減少了5%,從而減少了皺折的可能性,并降低了應(yīng)變區(qū)強(qiáng)度。這種應(yīng)變分布的改善,提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度,減少回彈和殘余應(yīng)力,提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的穩(wěn)定性。可以預(yù)計(jì),深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng)。此外,在實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負(fù)載行程曲線,表明有限元模擬可以用來評估成形性,可控制壓邊力技術(shù),使用得到改善。
1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具,是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。
采用模具生產(chǎn)零部件,具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn),用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗,是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?,F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。現(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高,很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平,因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中,把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備),確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。1997年以來,又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),從1997年到2000年,對80多家國有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策,以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些,都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元,日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè),從1997年開始,我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。
據(jù)統(tǒng)計(jì),在家電、玩具等輕工行業(yè),近90%的零件是綜筷具生產(chǎn)的;在飛機(jī)、汽車、農(nóng)機(jī)和無線電行業(yè),這個比例也超過60%。例如飛機(jī)制造業(yè),某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過三萬套,其中主機(jī)八千套、發(fā)動機(jī)二千套、輔機(jī)二萬套。從產(chǎn)值看,80年代以來,美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床行業(yè),并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測,到2000年,產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50%將由模具完成;金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成,50%以上的金屬板材、80%以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。
2模具的歷史發(fā)展
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造,但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。
19世紀(jì),隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展,沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后,隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看,當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進(jìn)技術(shù),如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù),大多起源于美國;而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù),蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。50年代,模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)訂戶的要求,制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn),參考已有圖紙和感性認(rèn)識,對所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從1955年到1965年,是壓力加工的探索和開發(fā)時代——對模具主要零部件的機(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋,并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際,使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計(jì)原則,并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新,并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn),從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進(jìn)入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達(dá)別多個工位的級進(jìn)模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機(jī)—彎曲機(jī)。在此期間,日本站到了世界最前列——其模具加工精度進(jìn)入了微米級,模具壽命,合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次,硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù),小型壓力機(jī)通常為200至300次,最高為1200次至1500次。在此期間,為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要,各種經(jīng)濟(jì)型模具,如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高,生產(chǎn)周期不斷加快,模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備,憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來,機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合,發(fā)展了NC機(jī)床,如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計(jì)算機(jī)自動編程、控制的CNC機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計(jì)算機(jī)以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,包括設(shè)計(jì)、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測,到2000年,作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法,就必須把過去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法,進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化,作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟>邩?gòu)成元件也干差萬別,要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大,模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律,放可總結(jié)歸納,為自動設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造,其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等,所用時間由手工的20%、工時減少到35小時;從80年代初日本就將三維的CAD/CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前,在實(shí)體件的掃描輸入,圖線和數(shù)據(jù)輸入,幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程,產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平;計(jì)算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上,CAD/CAM/CAE集成的,即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的,可以互相直接傳輸信息.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前.國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
3我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征,我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間,處于本廠的配套地位,自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。生產(chǎn)效率不高,經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂,跨行業(yè)、投資密集,專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間(分廠)近17000家,約60萬從業(yè)人員,年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是,我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60%左右,還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前,國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì),1997年進(jìn)口模具價值6.3億美元,這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具;1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力,是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
??按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分,我國模具基本分為10大類,其中,沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算,目前我國沖壓模占50%左右,塑料成形模約占20%,拉絲模(工具)約占10%,而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40%以上。
??我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等,精沖模,精密多工位級進(jìn)模還為數(shù)不多,模具平均壽命不足100萬次,模具最高壽命達(dá)到1億次以上,精度達(dá)到3~5um,有50個以上的級進(jìn)工位,與國際上最高模具壽命6億次,平均模具壽命5000萬次相比,處于80年代中期國際先進(jìn)水平。
??我國的塑料成形模具設(shè)計(jì),制作技術(shù)起步較晚,整體水平還較低。目前單型腔,簡單型腔的模具達(dá)70%以上,仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模,多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為80萬次左右,主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等,注射模精度已達(dá)到5um以下,最高壽命已突破2000萬次,型腔數(shù)量已超過100腔,達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊,懸殊較大。從總體上來講,與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進(jìn)水平相比,還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面,無論是應(yīng)用的廣泛性,還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面,僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD,距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走;在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面,也才剛剛起步,大多還處于試用和動畫游戲階段;在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面,一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備,二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備(包括近10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備)或因計(jì)算機(jī)制式(IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等)不同,或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等,聯(lián)網(wǎng)率較低,只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項(xiàng)工作;在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面,基本上處于空白狀態(tài),需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作;在模具共性工藝技術(shù),如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā),尚處于較低水平,需要知識和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊,在役期長、精度差、效率低,至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具,熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐,操作憑工人的經(jīng)驗(yàn),設(shè)備簡陋,能耗高。設(shè)備更新速度緩慢,技術(shù)改造,技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備,但過于分散,或不配套,利用率一般僅有25%左右,設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人,尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員,只占從業(yè)人員的8%~12%左右,且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化,知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要;而80年代以后從業(yè)的人員,專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)匱乏,動手能力差,不安心,不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降,而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層,青黃不接,使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料,標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??近10多年來,特別是“八五”以來,國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè),研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等,并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定,缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù),規(guī)格品種較少,大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上,解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾,尚未得到有效的解決。另外,國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn),但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響,目前推廣應(yīng)用不多。
??模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用,但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù),大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段,如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力,走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。
? 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn),80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn),模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%,從市場上能配到的也只有約30個品種,且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng),模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢,精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國的模具工業(yè)相對較落后,至今仍不能稱其為一個獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類:專業(yè)模具廠,專業(yè)生產(chǎn)外供模具;產(chǎn)品廠的模具分廠或車間,以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù);三資企業(yè)的模具分廠,其組織模式與專業(yè)模具廠相類似,以小而專為主;鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè),與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多,模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具,沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃,集中攻關(guān),跨行業(yè),跨部門管理困難很多。
? 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn),而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時,中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi),技術(shù)改造后不能很快收回其投資,甚至負(fù)債累累,影響發(fā)展。
? 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng),設(shè)備條件較好,生產(chǎn)的模具水平也較高,但設(shè)備利用率低。
? 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào),造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小,社會效益大”的現(xiàn)象。“干模具的不如干模具標(biāo)準(zhǔn)件的,干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?,F(xiàn)象存在。
4模具的發(fā)展趨勢
4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
(1)模具軟件功能集成化
? 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全,同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型,以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享,從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及生產(chǎn)管理的全過程,達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括:Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng);北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件;吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
(2)模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化
??傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具,所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn),從而使模具并行工程成為可能。另外,Cimatran公司的Moldexpert,Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件,可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面,生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔,實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān),自動產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格,并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。
(3)模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢
? 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化,以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要,也有可能。美國在其《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出,到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案,使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。
4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
(1)模具檢測設(shè)備的日益精密、高效
? 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展,對檢測設(shè)備的要求越來越高?,F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2~3μm,目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī),并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標(biāo)測量機(jī),還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀,率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段,從而實(shí)現(xiàn)了從測量實(shí)物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程,成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括:英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ),激光掃描精度為0.05mm,接觸式測頭掃描精度達(dá)0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀,日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。
(2)數(shù)控電火花加工機(jī)床
? 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
(3) 高速銑削機(jī)床(HSM)
??銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5~10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心,其機(jī)床定位精度可達(dá)8μm,自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸,最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床,其加工范圍達(dá)2500mm×5000mm×1800mm,轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min,切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工,如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工,其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。
4.3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)
??縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比,快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點(diǎn),精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求,是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù),具體主要有以下一些技術(shù)。
?? (1)快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ;疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ;激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ;熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。
?? (2)表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。
?? (3)澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。
?? (4)冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。
?? (5)無模多點(diǎn)成形技術(shù)。
?? (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。
(7)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí)型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。
?? (8)其他方面技術(shù)。如采用氮?dú)鈴椈蓧哼?、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
?4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
??模具工業(yè)要上水平,材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng),致使模具過早失效,大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面,常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2,火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等;常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等;常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2,日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等;覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等,大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面,其主要趨勢是:由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展;由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展;可采用的鍍膜有:TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等,同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外,目前對激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。
4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同
??在成形工藝方面,主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面,隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高,在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有:適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù);創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊(duì)精神,精益生產(chǎn);提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理;廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式;適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等。