676 止動板零件沖壓成形工藝及沖裁模具設(shè)計【全套17張CAD圖】
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開題報告
題目名稱
止動件沖壓模具設(shè)計及工藝分析
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
一．選題的目的和意義：
沖壓模具在實際工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，工人生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度大、勞動量大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高。隨著當(dāng)今科技的發(fā)展， 工業(yè)生產(chǎn)中模具的使用已經(jīng)越來越引起人們的重視，而被大量應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中來。沖壓模具的自動送料技術(shù)也投入到實際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產(chǎn)效率，減輕工人負(fù)擔(dān)，具有重要的技術(shù)進(jìn)步意義和經(jīng)濟(jì)價值。
本文提出采用模具來生產(chǎn)止動件的新工藝，并針對某規(guī)格夾具止動件設(shè)計了復(fù)合模。該模具設(shè)計的難點(diǎn)主要是如何解決好零件中的孔沖裁、確定模具結(jié)構(gòu)、如何進(jìn)行模具的制造及沖裁方案選定等。本文結(jié)合止動件的特點(diǎn)，具體解決了壓力機(jī)的選擇與校核、凸模和凹模刃口尺寸計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計、定位方案設(shè)計、卸料方式的設(shè)計、主要模具零件的加工工藝、標(biāo)準(zhǔn)零件的選用、模具的裝配等一系列的設(shè)計工作，這些設(shè)計可為類似的零件模具設(shè)計提供現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。此次模具設(shè)計的突出特點(diǎn)是嘗試使用復(fù)雜的復(fù)合模具，解決常規(guī)沖壓工藝模具套數(shù)多、工藝路線長、生產(chǎn)成本高、效率低等缺點(diǎn)，并為以后此類零件沖壓工藝的編制及模具設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。
本文介紹的模具實例結(jié)構(gòu)簡單實用，使用方便可靠，對類似工件的大批量生產(chǎn)具有一定的參考作用。
二．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述：
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年以前的陶瓷燒制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應(yīng)用確是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在最前列，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。
冷沖壓的加工工藝在我國的具有悠久的歷史。半個世紀(jì)以來，我國的冷沖壓工藝和其他生產(chǎn)工藝一樣得到了迅速的發(fā)展。冷沖壓加工的工藝和設(shè)備正在不斷的發(fā)展（包括沖壓模具技術(shù)的發(fā)展），把冷沖壓技術(shù)提高到了新的水平。為適應(yīng)冷沖壓工藝水平的提高，我國對沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。但是總體上說，我國模具工業(yè)起步較晚、基礎(chǔ)差，就總量來看，大型、精密、浮渣、長壽名命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。雖然在模具的制造方法、手段方面達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但是在制造的質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面和國外還存在一定的差距。我國模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代才起步，長期處于低水平重復(fù)開發(fā)階段，許多軟件依賴于進(jìn)口，對許多引進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)。
目前沖壓技術(shù)的發(fā)展方向[7]：
（1）精密沖裁：普通沖裁件斷面粗糙、精度低，而精密沖裁可以使零件有光潔的斷面和高的精度。目前已有的相當(dāng)一部分過去用切割加工的零件改為精密沖裁，精密沖裁工件的厚度可達(dá)到2mm。因此，精密沖裁以無切屑加工代替了大量切削加工，從而大大降低了生產(chǎn)成本。
（2）應(yīng)用先進(jìn)工藝：氣體、液體、橡膠、超塑性成型等先進(jìn)工藝，對某些復(fù)雜零件的成型有明顯的效果，要深入研究其變形機(jī)理，確定合理工藝參數(shù)，提高成型效能和實用性。
（3）沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動化：研制自動送、退料裝置，多工位自動壓力機(jī)，自動生產(chǎn)線，帶自動保護(hù)的監(jiān)視和檢測裝置等，這是提高勞動生產(chǎn)率、減輕勞動強(qiáng)度和保證操作安全的有效措施。
（4）模具標(biāo)準(zhǔn)化：不僅要有各種規(guī)格和精度的模架標(biāo)準(zhǔn)，還要發(fā)展典型模具結(jié)構(gòu)和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作，降低模具設(shè)計復(fù)雜程度，降低模具制造技術(shù)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備 周期。
（5）發(fā)展模具的計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制造：計算機(jī)輔助設(shè)計，就是用電子計算機(jī)作為信息處理手段，進(jìn)行最佳判斷、計算，實現(xiàn)綜合設(shè)計。計算機(jī)輔助制造，就是生產(chǎn)人員借助計算機(jī)對模具制造實行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計與制造聯(lián)成一個統(tǒng)一的計算機(jī)控制系統(tǒng)，是向自動化發(fā)展的有效途徑，對提高模具設(shè)計與制造質(zhì)量、簡化模具設(shè)計和生產(chǎn)管理將起巨大的作用。
三、畢業(yè)設(shè)計（論文）所采用的研究方法和手段：
課題主要內(nèi)容是研究冷沖壓模具的設(shè)計，首先應(yīng)該深入學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計、機(jī)械CAD/CAM、冷沖壓技術(shù)等相關(guān)在課題研究中需要掌握的理論知識，理論的掌握是實踐的基礎(chǔ)。同時應(yīng)該對所設(shè)計的冷沖模具的對象止動件的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)制造工藝進(jìn)行全面的了解。再運(yùn)用Solidworks對所涉及的沖壓件進(jìn)行三維實體的繪制，并利用Solidworks的工程圖生成功能輸出二維視圖。這樣利用三維軟件就可以加速產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)程，縮短了設(shè)計的周期，也確保了產(chǎn)品的質(zhì)量[9]。把計算機(jī)輔助設(shè)計運(yùn)用到了冷沖壓模具設(shè)計的實際之中，這也是本課題的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
冷沖模具是模具類別中應(yīng)用最廣泛的一種，通過模具對金屬的直接加壓使其產(chǎn)生塑性變形，金屬材料分離，以獲得一定尺寸和性能的金屬零件[10]。模具的設(shè)計過 程是和生產(chǎn)實際分不開的。所以設(shè)計的方法是要在深入學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計、機(jī)械CAD/CAM、冷沖壓技術(shù)等相關(guān)在課題研究中需要掌握的理論知識，發(fā)揮Solidworks這一三維設(shè)計軟件在模具設(shè)計與制造中的作用同時，并且與成型產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和工藝相結(jié)合，運(yùn)用理論聯(lián)系實際，實踐推動理論的研究方法進(jìn)行有效方法進(jìn)行止動件的沖裁模、彎曲模和成形模的設(shè)計工作。
模具設(shè)計者進(jìn)行模具設(shè)計時，首先應(yīng)該根據(jù)所收集到的設(shè)計資料，經(jīng)過充分理解、研究、確定模具結(jié)構(gòu)設(shè)想后，在允許的情況下調(diào)查使用單位和制造單位，征求其意見，摸清設(shè)備狀況及技術(shù)情況以及加工能力，作出初步方案開始進(jìn)行模具設(shè)計。
冷沖模具的一般設(shè)計路線為[11]：
（1) 分析整理技術(shù)資料，確定設(shè)計依據(jù)。
（2）確定工藝方案，決定模具結(jié)構(gòu)形式。
（3）繪制模具草圖，進(jìn)行零部件設(shè)計及必要的工藝計算。
（4）進(jìn)行沖模的總體設(shè)計。
（5）模具主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（6）選定沖壓設(shè)備。
（7）繪制模具總圖。
（8）繪制各非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
（9）編寫設(shè)計計算說明書。
四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：
[1]李名堯. 模具 CAD/CAM[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，1
[2]徐煒炯.冷沖壓技術(shù)問答（上冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995，1
[3]華中科技大學(xué).模具設(shè)計基礎(chǔ)及模具CAD [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1-2
[4]王秀鳳等.冷沖壓模具設(shè)計與制造[M]. 北京北京航空航天大學(xué)出版社，2005，1-2
[5]李名堯. 模具 CAD/CAM[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，13
[6]表格來自中國輕工模具網(wǎng).www.mouldscity.com
[7]徐煒炯.冷沖壓技術(shù)問答（上冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995，1
[8]文群. 提高冷沖壓模具壽命的措施 [N] .中國化工報.2007-4-4.
[9]殷國富. Solidworks 2004模設(shè)計實例精解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1-2
[10] 黃義俊、呂建福.冷沖模設(shè)計中的工序安排與典型實例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003，1-2
[11] 徐政坤. 沖壓模具設(shè)計與制造 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，4-7
五、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排（按周說明）：
第7周 根據(jù)所選題目進(jìn)行初步并撰寫開題報告，
第8周 開題報告答辯；
第9-11周 翻譯外文文獻(xiàn)，字?jǐn)?shù)不少于2000字，內(nèi)容與課題止動件的模具及三維型設(shè)計相關(guān)。
第12-16周 周根據(jù)擬定的課題實施方案，進(jìn)行深入研究；撰寫并提交畢業(yè)設(shè)計論文初稿，指導(dǎo)教師批改論文，給出指導(dǎo)意見，學(xué)生修改論文，定稿；
第17周 答辯前專項檢查；
第18周 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計修改，完成答辯及成績評定工作。
六、指導(dǎo)教師審批意見（對選題的可行性、研究方法、進(jìn)度安排作出評價，對是否開題作出決定）：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
翻譯文章
塑料注射模具設(shè)計及其熱分析
摘要
本文主要介紹一個生產(chǎn)翹曲測試樣件的注射模具設(shè)計并進(jìn)行熱分析以助于了解殘余熱應(yīng)力對模具的影響。提出了設(shè)計塑料注射模具所需的技術(shù)、理論、方法以及其它一些考慮因素。模具的設(shè)計部分可以利用裝在一般的商業(yè)電腦上的設(shè)計軟件Unigrafics，版本13.0來完成。對于由樣本的不均勻冷卻引起殘余熱應(yīng)力的模擬已經(jīng)逐步發(fā)展起來，并可以用一個商業(yè)的有限元分析軟件LUSAS Analyst, 版本13.5進(jìn)行模擬。這個軟件用輪廓繪圖模擬溫度分布情況以及繪制時間響應(yīng)曲線來表現(xiàn)在塑料注射模制模周期內(nèi)的溫度變動情況。結(jié)果顯示，相對與其它區(qū)域來說冷卻通道旁邊的區(qū)域比較容易產(chǎn)生收縮。這種在模具不同區(qū)域不均勻冷卻就表現(xiàn)為翹曲。
關(guān)鍵詞 塑料注射模具 設(shè)計 熱分析
1.簡介
塑料行業(yè)是世界上發(fā)展最快的行業(yè)之一，屬于少數(shù)億萬美圓的行業(yè)。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料并且大部分都可以用用塑料注射模具的方法生產(chǎn)[1]。注塑注射成型工藝也以利用低成本制作出各種各樣的形狀及復(fù)雜的幾何圖案著稱[2]。
注塑注射成型工藝是一個循環(huán)過程。可分為填料、注射、冷卻、脫模四個重要階段。塑料注射成型過程開始于往料斗到注塑機(jī)的加熱或注射系統(tǒng)中填入樹脂和適量的添加劑[3]。灌漿階段就是在注射溫度下用融解的熱塑料注入模腔。模腔被填滿之后，適量的熔融塑料在一個較高的補(bǔ)償壓力下補(bǔ)充塑料凝固引起的收縮。跟著是冷卻階段，將模具冷卻至有足夠的剛度脫出模具。最后是脫模階段，即打開模具然后頂出零件，再合上模具開始下一個循環(huán)[4]。
需要注塑成型的塑料產(chǎn)品的設(shè)計和制造與預(yù)期性能是要靠經(jīng)驗控制的一個昂貴的過程，包括實際對封面壓花的修改。在模具設(shè)計之中，設(shè)計模具具體補(bǔ)充幾何，通常在核心邊，包括相當(dāng)復(fù)雜的投射和凹槽[5]。
設(shè)計模具時必須考慮到許多重要設(shè)計系數(shù)。?這些因素是模具的大小，型腔的個數(shù)及布局、流道系統(tǒng)，澆口系統(tǒng)、脫模系統(tǒng)和收縮率[6]。
對模具的熱分析，主要宗旨將分析殘余熱應(yīng)力的作用或產(chǎn)品直徑方向的壓注。熱感應(yīng)強(qiáng)度的增強(qiáng)主要在模塑零件的冷卻階段，主要因為它的低導(dǎo)熱性和在溶融樹脂和模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品模腔附近也會存在溫度不均勻的區(qū)域 [7]。
在冷卻期間，冷卻通道附近的區(qū)域比冷卻通道遠(yuǎn)處的區(qū)域冷卻得更快。這個溫差會造成材料的不均勻收縮從而產(chǎn)生熱應(yīng)力。強(qiáng)熱應(yīng)力會引起翹曲問題。所以，它是模仿模塑零件在冷卻期間殘余熱應(yīng)力區(qū)域的重要階段[8]。通過了解熱應(yīng)力發(fā)生的特征，對其造成的變形可以預(yù)先模擬。
在本文中注塑模的設(shè)計是為了產(chǎn)生翹曲的測試樣本和能對呈現(xiàn)在模具上殘余熱應(yīng)力的作用執(zhí)行熱分析。
2.操作方法
2.1. 翹曲測試標(biāo)本的設(shè)計
這個部分說明用于注塑模的翹曲測試的標(biāo)本設(shè)計。它表明翹曲是存在于薄壁產(chǎn)品的主要問題。所以，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的在于控制能影響薄壁注塑零件翹曲問題的有效的因素。
翹曲測試樣本是薄壁注塑零件。樣本的總體尺寸是長120mm、寬50mm、厚1mm。為導(dǎo)致翹曲，測試標(biāo)本所用的材料是丙烯腈丁鄰二烯 (ABS)，射入溫度、時間和壓力分別為210℃， 3 s和60MPa。圖1顯示翹曲測試樣本。
2.2. 為翹曲測試樣本設(shè)計注塑模具
這個部分描述在設(shè)計模具和介入設(shè)計的其他考慮因素方面導(dǎo)致翹曲的測試樣本。用于生產(chǎn)翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI 1050碳鋼。在設(shè)計模具時可以考慮以下四種類型：
?????????? i.三板模（類型1）一個 型腔兩條分型線。費(fèi)用較高，不適用。
??????? ? ii.二板模（類型2）一個 型腔一條分型線，沒有澆注系統(tǒng)。每次生產(chǎn)數(shù)量少，不適用。
??????? iii.二板模（類型3）兩個 型腔一條分型線，帶有澆注和脫模系統(tǒng)。如果零件太薄有可能會被頂桿推破，不適用。
?????? iv.?二板模（類型4）兩個 型腔一條分型線，利用直澆口脫模以避免損壞零件。
在為翹曲測試樣本設(shè)計模具時宜選用第四種類型。設(shè)計時還有許多因素需要考慮。
首先，模具的設(shè)計基于選用的注塑機(jī)的壓板尺寸。壓板的最大區(qū)域取決于兩系桿之間的距離，這對于注塑機(jī)來說是一個限制。這里用的注塑機(jī)的兩系桿距離為254mm。所以模具板材的最大寬度不能超過這個距離。此外，還有4mm的空間留在系桿和模具之間以便模具的拆裝。這使模具的最大尺寸為250mm，可采用標(biāo)準(zhǔn)模具基體。并在模具基體的右上角和左下角用卡釘固定在壓板上。其他相關(guān)模板的尺寸見表1。
表1 各模板尺寸
零件
尺寸（mm）—長 寬 高
頂部壓緊板
母模板
公模板
側(cè)板/底版
推桿固定板
推板
動模座板
250×250×25
200×250×40
200×250×40
37×250×70
120×250×15
120×250×20
250×250×25
模具必須與夾壓力一同設(shè)計讓夾緊力比模腔內(nèi)作用力力更高 (反應(yīng)力) 從而避免塑料噴濺的發(fā)生。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模具提供的尺寸，公模板的寬和高分別為200mm和250mm。這些尺寸使水平地被安置的公模板上有足夠的空間來設(shè)計雙模腔，而母模板只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。所以，在產(chǎn)品的表面只會留下一條分型線的痕跡。在開模時產(chǎn)品和流道將在分型面同時脫落。
這套模具的澆口形式是標(biāo)準(zhǔn)澆口或側(cè)澆口。澆口是位于流道和產(chǎn)品之間的。澆口的底部被設(shè)計成只有0.5mm厚并有20°的斜度目的是為了更容易注入塑料。澆口的另一頭也就是溶融塑料注入的一側(cè)則有4mm寬0.5mm厚。
設(shè)計這個模具時，選用了截面為拋物面形式的流道，可以只在公模板上方便的加工。但是，這種形式的流道與圓形流道相比有更多的熱量損失和廢料。這可能使熔融塑料冷卻過快。所以在設(shè)計時應(yīng)使流道比較短且至少要有6mm的徑向尺寸。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時被送到個模腔對于流道設(shè)計來說是很重要的一點(diǎn)。基于這點(diǎn)，模腔的布局一般都是對稱的。
另外，氣孔的設(shè)計也是模具設(shè)計中一個重要的方面。公模板和母模板的配合表面有很高的加工精度以防止注塑時泄露的發(fā)生。但是，這會使空氣被封閉在閉合模腔內(nèi)從而導(dǎo)致短射或使零件不完整。合適起氣孔設(shè)計可以使空氣釋放出來不會出現(xiàn)零件不完整的現(xiàn)象。
冷卻系統(tǒng)是沿模腔長度方向在模具上打出的水平孔，只起冷卻作用。在湍流情況下，水線可以充分冷卻模具。圖2顯示了在公模板上氣孔、水線以及模腔的布局。
圖2 在公模板上氣孔、水線以及模腔的布局
在這個設(shè)計中，脫模系統(tǒng)只有推桿固定板、澆口套和推板。交口套的位于公模的中心，它的作用不僅是將產(chǎn)品固定在合適位置，在開模是還起到將產(chǎn)品拉出模腔的作用。因為產(chǎn)品非常薄，通常為1mm，所以不需要設(shè)計其附加的推桿。模腔里的推桿反而有可能在脫模的時候在零件上推出破孔。
最后，還要根據(jù)材料的收縮率留出足夠的公差補(bǔ)償。
圖3所示的是用Unigraphics設(shè)計的模具三維模型以及線框模型。
3.結(jié)果與討論
3.1. 產(chǎn)品的生產(chǎn)及改良
模具的設(shè)計和制造完成后，試模注塑出來的翹曲試樣會存在很多缺陷。包括短射、噴濺和翹曲。短射的解決可以通過在模腔的角落里銑出附加的氣孔來排出被困的空氣。同時，減小注射壓力可以減小噴濺的發(fā)生。對于翹曲的控制可以通過控制很多因素，例如注射時間、注射溫度和溶料溫度。
經(jīng)過這些修整之后，模具可以生產(chǎn)出低成本高質(zhì)量的翹曲試樣，這些試樣需要經(jīng)過簡單的拋光處理。圖4顯示的是修整后的模具，加工出附加的排氣孔可避免短射現(xiàn)象的發(fā)生。
圖4 附加氣孔以避免短射
3.2. 模具及產(chǎn)品的詳細(xì)分析
模具和試樣都準(zhǔn)備好之后，就可以對其進(jìn)行分析了。在注塑的過程中，210℃熔融的ABS通過母模上的澆口套直接注入模腔，經(jīng)過冷卻，制件就成型了。制件的生產(chǎn)周期為35s，包括20s的冷卻時間。用來制造模具的材料是AISI 1050碳鋼。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
表2 ABS以及AISI 1050碳鋼的性能
模具，AISI 1050碳鋼
試樣，ABS
密度 7860 kg/m3
彈性模量 208 GPa
泊松比 0.297
屈服強(qiáng)度 365.4MPa
抗拉強(qiáng)度 636MPa
熱膨脹率 65×10?6 K?1
電導(dǎo)率 0.135 W/(m K)
比熱 1250 J/(kg K)
1050 kg/m3
2.519 GPa
0.4
65MPa
?
11.65×10?6 K?1
49.4 W/(m K)
477 J/(kg K)
由于對稱，在注塑過程中只需對公模和母模垂直截面的上半部分進(jìn)行熱分析。 圖5所示的是多層模板閉合的熱分析模型。
建模包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進(jìn)行分析，還可以繪制時間響應(yīng)曲線顯示再某段時間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對試樣的分析可以用LUSAS分析員13.5.版本分析雙向拉伸應(yīng)力。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達(dá)塑性極限。
圖5 熱分析模型 圖6 試樣分析的加載模型
3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論
模具分析過程對不同時間段的熱量分布作了觀測。圖7所示是在一個完整的注塑周期中不同時間段的二維等高線熱量分布圖。
對模具進(jìn)行二維分析后，可繪制出時間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對制件的影響。 圖8所示是繪制時間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)。
圖9—17所示的是圖8中各節(jié)點(diǎn)的溫度分布曲線。
圖7 不同時間段的熱量等高線分布圖
圖8 在制件上為繪制時間響應(yīng)曲線選擇的節(jié)點(diǎn)
圖9 節(jié)點(diǎn)284的溫度分布曲線
從圖9—17中的溫度分布曲線可以清楚的看出每個節(jié)為曲線圖選擇計畫翻譯經(jīng)歷溫度的增加, 也就是從那對特定的溫度周圍超過溫度比較高的周圍溫度然后在這保持持續(xù)一段特定時間的溫度。?這些增加溫度是由溶化塑料的注入產(chǎn)品的型腔所引起的。
在一段特定時間之后, 溫度更進(jìn)一步增加達(dá)成最高的溫度，然后保持該溫度。?這里的溫度增加是由于包裝階段相關(guān)的高壓導(dǎo)致的。?這個溫度一直持續(xù)到冷卻階段的開始。?計畫翻譯的曲線圖不是平滑適當(dāng)?shù)牡侥禽斎肴芑说某涮钗锫实娜鄙俟δ芩芰虾屠鋬鰟┑睦鋮s比率。繪制的曲線是不平滑的，因為注入熔融塑料的速率和冷卻速率是相應(yīng)的。這條曲線僅反應(yīng)了一個周期里可以達(dá)到的最高溫度。
熱殘余應(yīng)力的分析中最關(guān)鍵的階段在冷卻階段。這是因為冷卻階段導(dǎo)致材料冷卻從高溫到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的低溫。?物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。
圖10 節(jié)點(diǎn)213的溫度分布曲線
圖11 節(jié)點(diǎn)302的溫度分布曲線
圖12 節(jié)點(diǎn)290的溫度分布曲線
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度顯示，離水線越近的地方冷卻效果越好，相反則越差。冷卻越快收縮也越大。雖然，節(jié)點(diǎn)284離水線最遠(yuǎn)，卻冷卻得很快，那是因為熱量被釋放到周圍的環(huán)境中了。
圖13 節(jié)點(diǎn)278的溫度分布曲線 圖14 節(jié)點(diǎn)1838的溫度分布曲線
圖15 節(jié)點(diǎn)1904的溫度分布曲線 圖16 節(jié)點(diǎn)1853的溫度分布曲線
圖17 節(jié)點(diǎn)1866的溫度分布曲線
根據(jù)以上所述，水線位于產(chǎn)品型腔的中心引起了中心周圍的溫度高于其他區(qū)域。因此，中心區(qū)域會由于受到收縮力的作用產(chǎn)生更大的收縮從而產(chǎn)生翹曲。?然而, 冷卻溫度在不同的節(jié)點(diǎn)處的不同很小，翹曲效果不非常明顯。設(shè)計一個有比較小的殘余熱應(yīng)力作用和一個有效率的冷卻系統(tǒng)的模具對于一個設(shè)計者來說是很重要的。
對于產(chǎn)品分析, 從被實行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同負(fù)荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進(jìn)行線分析。
分析的時候選擇了一個臨界節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)127，這是拉應(yīng)力最大的時候。此時參考負(fù)載應(yīng)力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力負(fù)荷，直到它達(dá)到了23的負(fù)載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
4.結(jié)論
經(jīng)過翹曲測試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設(shè)計的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過很少的表面處理。
通過注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對試樣的影響，對加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測到翹曲測試試樣所能承受的最大拉力。
參考文獻(xiàn)
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止 動 板 沖 裁 模 設(shè) 計
摘 要
本文介紹了止動件的冷沖壓模具設(shè)計，文章介紹了冷沖壓模具設(shè)計的全過程。對冷沖壓模具的設(shè)計進(jìn)行了全面的介紹和分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了模具的設(shè)計，設(shè)計包括分析工藝性、擬定零件的工藝方案及模具結(jié)構(gòu)、排樣裁板、計算工具壓力選取壓力機(jī)及確定壓力中心、確定模具結(jié)構(gòu)和繪制模具總裝草圖，沖裁刃口尺寸及公差的計算、沖模刃口尺寸及公差的計算、確定各主要的零件結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計并繪制總圖和選取標(biāo)準(zhǔn)件、繪制出部分非標(biāo)零件圖等一系列的工作。
關(guān)鍵詞:冷沖壓 止動件 模具設(shè)計
THE STAMPING AND PUNCHING MOLD DESIGN FOR STOPPER PLATE
ABSTRACT
This paper describes the stop moving pieces of cold stamping mould design, this paper introduces the whole process of cold stamping mould design. On cold stamping mould design a comprehensive introduction and analysis, and on this basis the die design, the design includes analysis of the technology of technological scheme, drew up parts die structure, arrangement and cutting board, computational tool pressure pressure center and confirming the selected press mould structure and rendering, identify sketch, punching mould assembly blade dimensions and tolerances of calculation, punching the blade dimensions and tolerances of computing, confirm the main parts structure size, design and drawing layout, and select the standard parts, and draw the part of non-standard parts graph, and a series of work
Keywords: cold stamping, stop moving parts, mold design
目 錄
前言…………………………………………………………………………1
第一章：引言…………………………………………………………………2
1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景……………………………………2
1.2 沖壓工藝介紹……………………………………………………………3
1.3 沖壓工藝的種類…………………………………………………4
1.4 冷沖壓模具發(fā)展簡介……………………………………………5
1.4.1 冷沖模工業(yè)在歷史上的背景………………………………………5
1.4.2冷沖模工業(yè)現(xiàn)狀…………………………………………………5
1.4.3冷沖模的發(fā)展方向…………………………………………………7
1.5沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破…………………………………………9
1.6相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)…………………………………………12
1.7 畢業(yè)設(shè)計的意義…………………………………………………………14
第二章：必備理論知識……………………………………………………17
2.1沖裁變形過程……………………………………………………………..17
2.2沖裁件的質(zhì)量……………………………………………………18
2.3沖裁間隙……………………………………………………………….19
2.4凸凹模尺寸計算…………………………………………………………21
2.5沖壓力的計算……………………………………………………………26
2.6壓力中心的計算…………………………………………………………27
2.7沖裁排樣設(shè)計……………………………………………………………28
第三章止動件的設(shè)計…………………………………………………………31
3.1 設(shè)計題目一止動板………………………………………………31
3.2沖壓件工藝分析………………………………………………………32
3.2.1材料性能……………………………………………………………….32
3.2.2沖裁件的形狀和尺寸…………………………………………32
3.2.3沖裁件的尺寸精度……………………………………………………..32
3.2.4尺寸標(biāo)注………………………………………………………33
3.3 方案及模具結(jié)構(gòu)類型…………………………………………………33
3.3.1工藝方案分析……………………………………………………33
3.3.2模具結(jié)構(gòu)類型的選定…………………………………………………33
3.4 排樣計算………… ……………………………………………………....35
3.4.1材料利用率…………………………………………………37
3.4.2排樣方式…………………………………………………38
3.4.3搭邊……………………………………………………38
3.5壓力計算 … …………………………………………………………… .38
3.5.1沖裁力的計算………………………………………………………..38
3.5.2卸料力和推件力的計算……………………………………………39
3.6 模具壓力中心計算……………………………………………………40
3.7 零件刃口尺寸計算………………………………………………41
3.7.1計算原則………………………………………………41
3.7.2沖孔刃口計算………………………………………………42
3.7.3落料刃口計算…………………………………………………43
3.8 凸凹模刃口尺寸計算…………………………………………45
3.8.1刃口尺寸計算…………………………………………………45
3.8.2落料凹模板尺寸…………………………………………………45
3.8.3凸凹模尺寸……………………………………………………46
3.8.4沖孔凸模尺寸……………………………………………………46
3.8.5沖孔刃口尺寸計算…………………………………………………47
3.9 彈性元件的設(shè)計計算…………………………………………………47
3.10其它模具零件結(jié)構(gòu)尺寸………………………………………………48
3.10.1模架的選擇……………………………………………………48
3.10.2閉合高度………………………………………………………..48
3.11 模具的零件設(shè)計與計算……………………………………………49
3.11.1凸模的外形尺寸……………………………………………………49
3.11.2凹模尺寸結(jié)構(gòu)……………………………………………………….50
3.11.3卸料設(shè)計與計算……………………………………………………51
3.11.4卸料螺釘……………………………………………………51
3.11.5卸料螺釘尺寸關(guān)系…………………………………………………51
3.12 沖床選用………………………………………………………………52
3.12.1沖壓設(shè)備的選擇依據(jù)…………………………………………52
3.12.2壓力機(jī)的選擇……………………………………………………53
致謝…………………………………………………………………………………54
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………55
設(shè)計總結(jié)…………………………………………………………………………56
附錄…………………………………………………………………………..57
附表…………………………………………………………………………57
沖壓工藝制作……………………………………………………………60
前 言
冷沖模模具設(shè)計是為模具設(shè)計與制造專業(yè)學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是：具體應(yīng)用和鞏固本課程及有關(guān)修課的理論知識、生產(chǎn)知識，了解沖壓模模具設(shè)計的一般設(shè)計方法和步驟；培養(yǎng)設(shè)計能力，為以后進(jìn)行設(shè)計工作打下基礎(chǔ)；結(jié)合生產(chǎn)和使用等條件，獨(dú)立地完成模具總體結(jié)構(gòu)及其零部件的設(shè)計。熟練掌握徒手測繪的能力和AutoCAD繪圖軟件的應(yīng)用能力，熟悉和運(yùn)用參考文獻(xiàn)、設(shè)計手冊、了解有關(guān)國家（部頒）標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等，加強(qiáng)對模具設(shè)計的認(rèn)識，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。
由于個人設(shè)計水平有限，本設(shè)計定存在許多錯誤和不妥之處，請各位指導(dǎo)
老師批評和雅正，懇請老師不吝賜教，同學(xué)提出寶貴的意見和建議，在此表示衷心的感謝！
第一章 引 言
1.1 模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
模具是機(jī)械制造業(yè)中技術(shù)先進(jìn)、影響深遠(yuǎn)的重要工藝裝備,具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、制件質(zhì)量優(yōu)良、工藝適應(yīng)性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、航天、航空、輕工、電子、電器、儀表等行業(yè)。2005年中國模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到610億元,增長率保持在25%的高水平,行業(yè)的生產(chǎn)能力約占世界總量的10%,僅次于日本、美國而位列世界第三【2】。當(dāng)前，我國模具制造方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，差距較大主要表現(xiàn)在【3】：
（1）標(biāo)準(zhǔn)化程度低。
（2）模具制造精度低、周期長【3】。
提高勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍；提高沖壓零件精度、減少制造周期、提高模具壽命；模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化、管理的統(tǒng)一化及等級化；提高專業(yè)人員的技術(shù)水平。
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備上的模具對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法[5]。由于沖壓加工具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。從精細(xì)的電子元件、儀表指針到汽車的覆蓋件、高壓容器封頭以及航空航天器的蒙皮、機(jī)身等均需沖壓加工。隨著工業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，不少過去用鑄造、鍛造、切削加工方法制造的零件，已被質(zhì)量輕、剛度好的沖壓件所代替[6]。
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(jì)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[7]。我國沖壓模具產(chǎn)品質(zhì)量水平低主要表現(xiàn)在精度、表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上；生產(chǎn)工藝水平低則主要表現(xiàn)在加工工藝、加工裝備等方面[8]。
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600億至650億美元，同時，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13%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時，有近200個億的出口）。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。 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%
雖然近年來我國模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國內(nèi)的需要和國際水平還有很大的差距。制造產(chǎn)業(yè)是一個國家的綜合國力及技術(shù)水平的體現(xiàn)，而模具行業(yè)的發(fā)展是制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。針對這種情況，國家出臺了相應(yīng)的政策，正積極發(fā)展模具制造產(chǎn)業(yè)。
1.2 沖壓工藝介紹【6】
沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加 工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。
全世界的鋼材中，有 60～70%是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。
壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺等。
冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。
沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級進(jìn)模，可在一臺壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件【2】。
1.3 沖壓工藝的種類【3】
沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。
沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性； 均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。
在實際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗，如拉深性能試驗、脹形性能試驗等檢驗材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。 模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計和制造需要較多的時間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。
模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于減少沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。
沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動沖壓生產(chǎn)線。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、 數(shù)百件沖壓件的情況下， 在短暫時間內(nèi)完成送料、 沖壓、 出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個非常重要的問題。
1.4冷沖壓模具發(fā)展簡介【5】
1.4.1冷沖模具工業(yè)在歷史上的背景
冷沖壓加工工藝，在我國已有悠久的歷史。據(jù)文獻(xiàn)記載：我國勞動人民遠(yuǎn)在青銅時期就發(fā)現(xiàn)了金屬具有錘擊變形的性能；到了戰(zhàn)國時代（公元前403-221年）已經(jīng)能煉劍淬火?？梢钥隙?，我們的祖先，在2300年前已掌握了錘擊金屬制造兵器和各種日用品技術(shù)。在漫長的封建社會時期，我國勞動在金、銀、銅裝飾品和日用品的制作中，顯示出精巧的工藝技術(shù)和高超的藝術(shù)水平[9]。
1.4.2 冷沖模具工業(yè)的現(xiàn)狀
由于沖壓工藝具有生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本低、材料利用率高、能成形復(fù)雜零件、適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域已取代機(jī)械加工，并正逐步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到本世紀(jì)中，機(jī)械零部件中60%的粗加工、80%的精加工要由模具來完成。因此，沖壓技術(shù)對發(fā)展生產(chǎn)、增加效益、更新產(chǎn)品等方面具有重要作用[10]。在近半個世紀(jì)以來，我國的冷沖壓工藝和其它生產(chǎn)工藝一樣，得到了迅速的發(fā)展。在一些工廠中，建立了具有現(xiàn)代規(guī)模和技術(shù)先進(jìn)的冷沖壓生產(chǎn)車間，并建立了專門研究冷沖壓技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)及專業(yè)性工廠，培養(yǎng)了大批從事冷沖壓生產(chǎn)的科技人員，廣泛地開展了冷沖壓生產(chǎn)的科技及學(xué)術(shù)活動，編輯出版了各種冷沖壓技術(shù)資料，從而使冷沖壓生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在冷沖壓生產(chǎn)中，出現(xiàn)了很多可喜的高科技成果。沖壓加工的工藝和設(shè)備正在不斷地發(fā)展，例如精密沖裁、冷擠壓、多工位自動沖壓、高速成形、液壓成形、超塑沖壓等，把冷沖壓生產(chǎn)技術(shù)提高到了新的水平。為了適應(yīng)冷沖壓工藝水平的提高，我國對沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。近年來，出現(xiàn)了很多制造周期短、使用壽命長的新型沖模結(jié)構(gòu)。并且，模具加工工藝及模具材料也相應(yīng)地在不斷革新，例如采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金或低熔點(diǎn)合金澆注模具、采用電加工技術(shù)及計算機(jī)制造沖模等以適用于不同的生產(chǎn)條件。從而使沖壓生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率大大提高，成本也大幅度下降，有利地推動了我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展[11]。
我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形（型）。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)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展，2003年，我國模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣[12]。模具工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，在很大程度上取決于模具加工設(shè)備、軟件及切削刀具的制造水平。如今，人們對手機(jī)、電腦、汽車、手表、數(shù)碼電子等商品的要求一點(diǎn)也不低于發(fā)達(dá)國家。但另一方面，我國生產(chǎn)這些商品所需模具的工作母機(jī)即模具加工設(shè)備的制造水準(zhǔn)，從總體上來說還是比較低的。這就出現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，這些年我國模具生產(chǎn)所需的先進(jìn)加工設(shè)備、制造軟件及切削刀具進(jìn)口越來越多。去年，我國機(jī)床進(jìn)口約60億美元，其中用于模具生產(chǎn)的就占十分之一；去年我國模具生產(chǎn)所需超硬質(zhì)合金和陶瓷等超硬刀具銷售額約12億元，其中90%依賴進(jìn)口[13]。 隨著計算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，CAD/CAE/CAM 技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛?？梢灶A(yù)料不久的將來，模具制造業(yè)將從機(jī)械制造業(yè)中分離出來，而獨(dú)立成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時，也進(jìn)一步促進(jìn)了模具制造技術(shù)向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。因此，大力發(fā)展模具工業(yè)可以促進(jìn)我國更快的走向工業(yè)化國家。
1.4.3 冷沖模具的發(fā)展方向
發(fā)展模具工業(yè)的關(guān)鍵是制造模具的技術(shù)和相關(guān)人才以及模具材料。
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項[14]：
(1) 全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)：模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件發(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，實現(xiàn)技術(shù)資源重新整合，使虛擬制造成為可能[15]。
(2) 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[16]。
(3) 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退璧闹T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” [17]。?
(4) 電火花銑削加工。
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。
(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[18]。
(8) 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 。然近年來我國模具行業(yè)職工隊伍發(fā)展迅速，估計目前已達(dá)近百萬人，但由于模具企業(yè)數(shù)量的急劇膨脹、傳統(tǒng)教育的力不從心以及模具技師的老齡化，模具人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上行業(yè)的發(fā)展需求，主要表現(xiàn)在 （1）總量不足。對中國的模具企業(yè)來說，如何更好地管理人才，如何留住人才，如何為人才提供足夠的平臺和發(fā)展空間是擺在眼前的一個嚴(yán)峻的、迫切需要解決的課題，否則，人才緊缺問題將成為中國模具工業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展的一個重要障礙[19]。（2） 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。在整個模具價格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20% ～30% 。因此，選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對于模具鋼來說，要采用電渣重熔工藝，如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等。(3)模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精細(xì)化、制品化，盡量縮短供貨時間亦是重要發(fā)展趨勢。
這只是發(fā)展模具工業(yè)的三個重要部分，要向使模具工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用，需要國家更大的關(guān)注與投入，帶動相關(guān)人員研究和發(fā)展
1.5 沖壓行業(yè)阻力和障礙與突破【3】
阻力一：機(jī)械化、自動化程度低
美國680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國內(nèi)250條生產(chǎn)線有32%為多工位壓力機(jī)，而這種代表當(dāng)今國際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國的應(yīng)用卻為數(shù)不多；中小企業(yè)設(shè)備普遍較落后，耗能耗材高，環(huán)境污染嚴(yán)重；封頭成形設(shè)備簡陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價格昂貴，是普通壓力機(jī)的5~10倍，多數(shù)企業(yè)無力投資阻礙了精沖技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用；液壓成形，尤其是內(nèi)高壓成形，設(shè)備投資大，國內(nèi)難以起步。
突破點(diǎn)：加速技術(shù)改造
要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝，提高機(jī)械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)今國際水平。而隨著微電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展使板材成形裝備自動化、柔性化有了技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)加速發(fā)展數(shù)字化柔性成形技術(shù)、液壓成形技術(shù)、高精度復(fù)合化成形技術(shù)以及適應(yīng)新一代輕量化車身結(jié)構(gòu)的型材彎曲成形技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。同時改造國內(nèi)舊設(shè)備，使其發(fā)揮新的生產(chǎn)能力。
阻力二：生產(chǎn)集中度低
許多汽車集團(tuán)大而全，形成封閉內(nèi)部配套，導(dǎo)致各企業(yè)的沖壓件種類多，生產(chǎn)集中度低，規(guī)模小，易造成低水平的重復(fù)建設(shè)，難以滿足專業(yè)化分工生產(chǎn)，市場競爭力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場競爭，處于“優(yōu)而不勝，劣而不汰”的狀態(tài)；封頭制造企業(yè)小而散，集中度僅39.2%。
突破點(diǎn)：走專業(yè)化道路
迅速改變目前“大而全”、“散亂差”的格局，盡快從汽車集團(tuán)中把沖壓零部件分離出來，按沖壓件的大、中、小分門別類，成立幾個大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個小而專的零部件工廠。通過專業(yè)化道路，才能把沖壓零部件做大做強(qiáng)，成為國際上有競爭實力的沖壓零部件供應(yīng)商。
阻力三：沖壓板材自給率不足，品種規(guī)格不配套
目前，我國汽車薄板只能滿足60%左右，而高檔轎車用鋼板，如高強(qiáng)度板、合金化鍍鋅板、超寬板(1650mm以上)等都依賴進(jìn)口。
突破點(diǎn)：所用的材料應(yīng)與行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展
汽車用鋼板的品種應(yīng)更趨向合理，朝著高強(qiáng)、高耐蝕和各種規(guī)格的薄鋼板方向發(fā)展，并改善沖壓性能。鋁、鎂合金已成為汽車輕量化的理性材料，擴(kuò)大應(yīng)用已勢在必行。
阻力四：科技成果轉(zhuǎn)化慢先進(jìn)工藝推廣慢
在我國，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但常常很難形成生產(chǎn)力。先進(jìn)沖壓工藝應(yīng)用不多，有的僅處于試用階段，吸收、轉(zhuǎn)化、推廣速度慢。技術(shù)開發(fā)費(fèi)用投入少，導(dǎo)致企業(yè)對先進(jìn)技術(shù)的掌握應(yīng)用慢，開發(fā)創(chuàng)新能力不足，中小企業(yè)在這方面的差距更甚。目前，國內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對下一代輕量化汽車結(jié)構(gòu)和用材所需的成形技術(shù)缺少研究與技術(shù)儲備。
突破點(diǎn)：提升信息化、標(biāo)準(zhǔn)化水平
必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)，特別是成形過程的計算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提高精度和互換率。力爭2005年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到60%，2010年達(dá)到70%以上基本滿足市場需求。
阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口
當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%～45%，而國際上一般在70%左右。
突破點(diǎn)：走產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合之路
我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。
阻力五：大、精模具依賴進(jìn)口。當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%～45%，而國際上一般在70%左右。
阻力六：專業(yè)人才缺乏
業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。另外，眾多合資公司由外方進(jìn)行工程設(shè)計，掌握設(shè)計權(quán)、投資權(quán)，我方?jīng)_壓技術(shù)人員難以真正掌握沖壓工藝的真諦。
突破點(diǎn)：提高行業(yè)人員素質(zhì)
這是一項迫在眉睫的任務(wù)，又是一項長期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國內(nèi)外市場、具有現(xiàn)代管理知識和能力的企業(yè)家，大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級技能人才。要舍得花大力氣，有計劃、分層次地培養(yǎng)。
1.6 相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)【3】
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年以前的陶瓷燒制和青銅器鑄造，但其大規(guī)模應(yīng)用確是隨著現(xiàn)代工業(yè)的崛起而發(fā)展起來的。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在最前列，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。20世紀(jì)50年代以前模具設(shè)計多憑經(jīng)驗，參考已有的圖紙和感性認(rèn)識，根據(jù)用戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具，但對所設(shè)計模具零件的機(jī)械性能缺乏了解。從1955年到1965年，人們通過對模具主要零件的機(jī)械性能和受力狀況進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，對金屬塑性加工工藝及原理進(jìn)行深入探討，使得沖壓技術(shù)得到迅猛發(fā)展。在這期間歸納出的設(shè)計原則使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、模具結(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)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，不斷涌現(xiàn)出各種高效率、高精度、高壽命的多功能的自動模具。從20世紀(jì)70年代至今，計算機(jī)逐漸進(jìn)入了模具生產(chǎn)的設(shè)計、制造、管理等各個領(lǐng)域；輔助進(jìn)行零件圖形輸入、毛胚展開、調(diào)料排樣、確定模具尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序等工作，使得模具設(shè)計、加工精度與復(fù)雜性不斷提高，模具制造周期不斷縮短。當(dāng)前國際上計算機(jī)（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）的發(fā)展趨勢是：繼續(xù)發(fā)展幾何圖形系統(tǒng)以滿足復(fù)雜零件和模具的要求；在CAD和CAM的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)集成系統(tǒng)（CIMS）；開展塑性成形模擬技術(shù)的研究，以提高工藝分析和模具CAD的理論水平和實用性；開發(fā)智能數(shù)據(jù)庫和分布式數(shù)據(jù)庫，開發(fā)專家系統(tǒng)和智能CAD等[4]。
隨著工業(yè)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和快速適應(yīng)工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求，發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)50年代就開始了模具CAD/CAM技術(shù)的研究。如美國通用汽車公司早在20世紀(jì)50年代就將CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于汽車覆蓋件的設(shè)計與制造；20世紀(jì)70年代日本機(jī)械工程實驗室和日本旭光學(xué)工業(yè)公司分別開發(fā)了連續(xù)模設(shè)計系統(tǒng)MEL和沖空彎曲模系統(tǒng)PENTAX；1982年，日立公司研制了沖裁模CAD系統(tǒng)。到20世紀(jì)80年代，模具CAD/CAM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冷沖模具的設(shè)計與制造[5]。
冷沖壓的加工工藝在我國的具有悠久的歷史。半個世紀(jì)以來，我國的冷沖壓工藝和其他生產(chǎn)工藝一樣得到了迅速的發(fā)展。冷沖壓加工的工藝和設(shè)備正在不斷的發(fā)展（包括沖壓模具技術(shù)的發(fā)展），把冷沖壓技術(shù)提高到了新的水平。為適應(yīng)冷沖壓工藝水平的提高，我國對沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。但是總體上說，我國模具工業(yè)起步較晚、基礎(chǔ)差，就總量來看，大型、精密、浮渣、長壽名命模具產(chǎn)需矛盾仍然十分突出。雖然在模具的制造方法、手段方面達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國際水平，但是在制造的質(zhì)量、精度、制造周期和成本方面和國外還存在一定的差距。我國模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代才起步，長期處于低水平重復(fù)開發(fā)階段，許多軟件依賴于進(jìn)口，對許多引進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)。以下是我國近年來模具產(chǎn)值模具進(jìn)出口情況表[6]：
表1 2000年以來中國歷年模具產(chǎn)值表/（億元人民幣）
年份
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
產(chǎn)值
280
316
360
450
530
660
850
1020
1220
1080
表2 2000年以來中國歷年模具進(jìn)出口情況表/（萬美元）
年份
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
進(jìn)口
81100
91799
63000
66348
88274
97700
111174
127200
136930
181300
出口
4941
7000
9428
9591
13280
17374
18775
25234
33680
49100
從表一我們可以看出模具行業(yè)的發(fā)展是迅速的，其產(chǎn)值正在一年比一年提高。從表二看出我國模具的進(jìn)出口重量保持上升勢頭，由于在大型、精密、浮渣、長壽命模具缺乏的情況下，高技術(shù)的模具依賴于進(jìn)口。所以研究和提高冷沖壓模具，并把CAD/CAM技術(shù)運(yùn)用于模具設(shè)計的實際中去對于我國模具的發(fā)展具有十分重要的意義。
1.7目前沖壓技術(shù)的發(fā)展方向[7]：
（1）精密沖裁：普通沖裁件斷面粗糙、精度低，而精密沖裁可以使零件有光潔的斷面和高的精度。目前已有的相當(dāng)一部分過去用切割加工的零件改為精密沖裁，精密沖裁工件的厚度可達(dá)到2mm。因此，精密沖裁以無切屑加工代替了大量切削加工，從而大大降低了生產(chǎn)成本。
（2）應(yīng)用先進(jìn)工藝：氣體、液體、橡膠、超塑性成型等先進(jìn)工藝，對某些復(fù)雜零件的成型有明顯的效果，要深入研究其變形機(jī)理，確定合理工藝參數(shù)，提高成型效能和實用性。
（3）沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動化：研制自動送、退料裝置，多工位自動壓力機(jī)，自動生產(chǎn)線，帶自動保護(hù)的監(jiān)視和檢測裝置等，這是提高勞動生產(chǎn)率、減輕勞動強(qiáng)度和保證操作安全的有效措施。
（4）模具標(biāo)準(zhǔn)化：不僅要有各種規(guī)格和精度的模架標(biāo)準(zhǔn)，還要發(fā)展典型模具結(jié)構(gòu)和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化工作，降低模具設(shè)計復(fù)雜程度，降低模具制造技術(shù)，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
（5）發(fā)展具的計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制造：計算機(jī)輔助設(shè)計，就是用電子計算機(jī)作為信息處理手段，進(jìn)行最佳判斷、計算，實現(xiàn)綜合設(shè)計。計算機(jī)輔助制造，就是生產(chǎn)人員借助計算機(jī)對模具制造實行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計與制造聯(lián)成一個統(tǒng)一的計算機(jī)控制系統(tǒng)，是向自動化發(fā)展的有效途徑，對提高模具設(shè)計與制造質(zhì)量、簡化模具設(shè)計和生產(chǎn)管理將起巨大的作用
1.7畢業(yè)設(shè)計的意義
畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年的綜合性實踐環(huán)節(jié)，目的是通過課題的設(shè)計研究，培養(yǎng)綜合運(yùn)用各門課程知識的能力，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。但是，雖然是作為本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，但設(shè)計過程中應(yīng)密切與生產(chǎn)實際相結(jié)合，應(yīng)與培養(yǎng)職業(yè)能力相結(jié)合，應(yīng)體現(xiàn)與實際貼切的特點(diǎn)。
在指導(dǎo)教師周密安排和精心指導(dǎo)下，這次畢業(yè)設(shè)計從確定設(shè)計課題、擬定設(shè)計方案、設(shè)計過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設(shè)計工作計劃進(jìn)行。
第一，充分調(diào)研，確定應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計課題。
選好畢業(yè)設(shè)計題目是實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)、保證畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的前提，我的畢業(yè)設(shè)計的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實際。這個課題能較全面地應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識或者將來工作所需的專業(yè)技術(shù)，達(dá)到綜合運(yùn)用的目的，既能夠解決企業(yè)急需解決的生產(chǎn)技術(shù)問題，又能夠培養(yǎng)自己的職業(yè)崗位能力，難度不是很大，符合我們本科生的專業(yè)理論知識水平和實際設(shè)計能力，工作量恰當(dāng)，能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成。
但是該課題是真題真做，雖然難度不是很大，但要使設(shè)計圖紙能真接用于生產(chǎn)，去造出零件，并能滿足使用要求，也是不容易的。
第二，反復(fù)論證，確定產(chǎn)品設(shè)計方案。
明確課題的性質(zhì)、意義、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和完成時間，并確定好正確合理的設(shè)計方案是完成設(shè)計任務(wù)的保證，指導(dǎo)教師、企業(yè)技術(shù)員讓我參與設(shè)計方案的討論，使我對課題設(shè)計方案心中有數(shù)。
第三，虛心求教，仔細(xì)認(rèn)真地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計。
我們本科學(xué)生基礎(chǔ)理論知識充分，但設(shè)計能力與實際生產(chǎn)所需仍有不小距離。為了使我很快地進(jìn)入工作狀態(tài)，指導(dǎo)教師耐心向我們介紹機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計方法、一般步驟和設(shè)計過程中應(yīng)注意的事項。單位領(lǐng)導(dǎo)給我們足夠的空間到機(jī)加工生產(chǎn)車間，熟悉零件加工對設(shè)計的要求，使設(shè)計能用于生產(chǎn)。在設(shè)計中能主動請教指導(dǎo)老師，培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、工程材料與熱處理、公差配合、計算機(jī)繪圖、機(jī)械制造工藝等專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)查閱技術(shù)資料和其它專業(yè)文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和踏實的工作作風(fēng)，明確必須有高度責(zé)任心、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作習(xí)慣，才能做好設(shè)計工作，減少工作失誤，避免給企業(yè)生產(chǎn)造成損失。充分發(fā)揮主觀能動性，積極思考，大膽創(chuàng)新。
第四，完善設(shè)計，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯。
完整的設(shè)計包括設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書等技術(shù)文件。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，全面檢查設(shè)計技術(shù)資料，按照指導(dǎo)教師的批改，認(rèn)真修改圖紙錯誤，認(rèn)真修改設(shè)計說明書.
應(yīng)該說，在指導(dǎo)教師的認(rèn)真指導(dǎo)下，我基本完成了這套沖裁模的設(shè)計工作，通過這次設(shè)計，學(xué)到了很多知識和技術(shù)。
由于本人設(shè)計水平有限，必然在設(shè)計中仍有很多缺點(diǎn)和錯誤，敬請老師們批評指正。
第二章． 必備理論知識
2.1沖裁變形過程【12】
沖裁變形過程。如果模具間隙正常，沖裁變形過程大致可分為如下三個階段。
2.1.1 彈性變形階段(圖2.2.2Ⅰ)
在凸模壓力下，材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸和彎曲變形，凹模上的板料則向上翹曲，間隙越大，彎曲和上翹越嚴(yán)重。
2.1.2 塑性變形階段(圖2.2.2Ⅱ)
?? 隨凸模擠入板料深度的增大，塑性變形程度增大，變形區(qū)材料硬化加劇，沖裁變形抗力不斷增大，直到刃口附近側(cè)面的材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋時，塑性變形階段便告終，此時沖裁變形抗力達(dá)到最大值。由于凸、凹模間存在有間隙，故在這個階段中板料還伴隨著彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎曲和拉伸變形也越大。
2.1.3 斷裂分離階段(圖2.2.2Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)
?? 內(nèi)裂紋首先在凹模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生，緊接著才在凸模刃口附近的側(cè)面產(chǎn)生。已形成的上下微裂紋隨凸模繼續(xù)壓入沿最大切應(yīng)力方向不斷向材料內(nèi)部擴(kuò)展，當(dāng)上下裂紋重合時，板料便被剪斷分離。
2.2.3所示沖裁力-凸模行程曲線可明顯看出沖裁變形過程的三個階段。圖中OA段是沖裁的彈性變形階段；AB段是塑性變形階段，B點(diǎn)為沖裁力的最大值，在此點(diǎn)材料開始剪裂，BC段為微裂紋擴(kuò)展直至材料分離的斷裂階段，CD段主要是用于克服摩擦力將沖件推出凹?？卓跁r所需的力。
圖2.2.2 沖裁變形過程 圖2.2.3沖裁力曲線
2.2沖裁件質(zhì)量
沖裁件質(zhì)量是指斷面狀況、尺寸精度和形狀誤差。斷面狀況盡可能垂直、光潔、毛刺小。尺寸精度應(yīng)該保證在圖紙規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。零件外形應(yīng)該滿足圖紙要求；表面盡可能平直，即拱彎小。
2.2.1．沖裁件斷面質(zhì)量【6】
?? 由于沖裁變形的特點(diǎn)，沖裁件的斷面明顯地分成四個特征區(qū)，即圓角帶a、光亮帶b、斷裂帶c與毛刺區(qū)d，如圖2.2.4所示。
圓角帶a ：該區(qū)域的形成是當(dāng)凸模刃口壓入材料時，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長變形，材料被拉入間隙的結(jié)果；
?? 光亮帶b ：該區(qū)域發(fā)生在塑形變形階段，當(dāng)刃口切入材料后，材料與凸、凹模切刃的側(cè)表面擠壓而形成的光亮垂直的斷面。通常占全斷面的1/2-1/3；
? ?斷裂帶c ：該區(qū)域是在斷裂階段形成。是由刃口附近的微裂紋在拉應(yīng)力作用下不斷擴(kuò)展而形成的撕裂面，其斷面粗糙，具有金屬本色，且略帶有斜度。
? ?毛刺區(qū)d ：毛刺的形成是由于在塑性變形階段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度時，刃口正面材料被壓縮，在應(yīng)力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。
a）沖孔件 b）落料件
2.3 沖裁間隙【14】
2．3．1. 沖裁間隙Z
沖裁間隙是指沖裁模中凹模刃口橫向尺寸DA與凸模刃口橫向尺寸dT的差值，如圖2.3.1所示。Z表示雙面間隙，單面間隙用Z/2表示，如無特殊說明，沖裁間隙就是指雙面間隙。Z值可為正，也可為負(fù)，但在普通沖裁中，均為正值。
圖2.3.1 沖裁模間隙
2.3.2 沖裁間隙的確定方法【13】
在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這三個因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個范圍值。只要間隙在這個范圍內(nèi)，就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍就稱為合理間隙，這個范圍的最小值稱為最小合理間隙（Zmin），最大值稱為最大合理間隙（Zmax）。考慮到在生產(chǎn)過程中的磨損使間隙變大，故設(shè)計與制造新模具時應(yīng)采用最小合理間隙Zmin。確定合理間隙值有理論法和經(jīng)驗確定法兩種。
（1）理論法
主要是根據(jù)凸、凹模刃口產(chǎn)生的裂紋相互重合的原則進(jìn)行計算。圖2.3.2所示為沖裁過程中開始產(chǎn)生裂紋的瞬時狀態(tài)，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可求得合理間隙Z為
圖 2.3.2沖裁產(chǎn)生裂紋的瞬時狀況
上式可看出，合理間隙Z與材料厚度t、凸模相對擠入材料深度 、裂紋角 有關(guān)，而h0/t及β又與材料塑性有關(guān)，見表2.3.1。因此，影響間隙值的主要因素是材料性質(zhì)和厚度。材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，則所需間隙Z值就越大；材料厚度越薄，塑性越好的材料，則所需間隙Z值就越小。由于理論計算法在生產(chǎn)中使用不方便，故目前廣泛采用的是經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
(2)．經(jīng)驗確定法
根據(jù)研究與實際生產(chǎn)經(jīng)驗，間隙值可按要求分類查表確定。對于尺寸精度、斷面質(zhì)量要求高的沖裁件應(yīng)選用較小間隙值（表2.3.2），這時沖裁力與模具壽命作為次要因素考慮。對于尺寸精度和斷面質(zhì)量要求不高的沖裁件，在滿足沖裁件要求的前提下，應(yīng)以降低沖裁力、提高模具壽命為主，選用較大的雙面間隙值（表2.3.3）?？稍斠奊B/T16743-1997。
2.4凸凹模尺寸計算【10】
凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影響沖裁件的尺寸精度。模具的合理間隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差來保證。因此，正確確定凸、凹模刃口尺寸和公差，是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。
2.4.1.凸凹模尺寸計算原則
由于凸、凹模之間存在著間隙，所以沖裁件斷面都帶有錐度。但在沖裁件尺寸的測量和使用中，則是以光亮帶的尺寸為基準(zhǔn)。
落料件的光亮帶處于大端尺寸，其光亮帶是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸。
沖孔件的光亮帶處于小端尺寸，其光亮帶是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的，且沖孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸【2】。
沖裁過程中，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模輪廓越磨越小，凹模輪廓越磨越大，結(jié)果使間隙越用越大。因此，確定凸、凹模刃口尺寸應(yīng)區(qū)分落料和沖孔工序，并遵循如下原則【4】：
???? （１）．設(shè)計落料模先確定凹模刃口尺寸。以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上，即沖裁間隙通過減小凸模刃口尺寸來取得。設(shè)計沖孔模先確定凸模刃口尺寸。以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上，沖裁間隙通過增大凹模刃口尺寸來取得。
（２）．根據(jù)沖模在使用過程中的磨損規(guī)律，設(shè)計落料模時，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計沖孔模時，凸模基本尺寸則取接近或等于工件孔的最大極限尺寸。這樣，凸、凹在磨損到一定程度時，仍能沖出合格的零件。
???? 模具磨損預(yù)留量與工件制造精度有關(guān)。用x、Δ表示，其中Δ為工件的公差值，x為磨損系數(shù)，????其值在0.5～1之間，根據(jù)工件制造精度進(jìn)行選?。?
???? 工件精度IT10以上 X=1
???? 工件精度IT11～I(xiàn)T13 X=0.75
???? 工件精度IT14 X=0.5
???? （３）．不管落料還是沖孔，沖裁間隙一般選用最小合理間隙值（Zmin）。
???? （４）．選擇模具刃口制造公差時，要考慮工件精度與模具精度的關(guān)系，即要保證工件的精度要求，又要保證有合理的間隙值。一般沖模精度較工件精度高2～4級。對于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按ＩＴ６～ＩＴ７級來選??；對于形狀復(fù)雜的刃口制造偏差可按工件相應(yīng)部位公差值的1/4來選?。粚τ谌锌诔叽缒p后無變化的制造偏差值可取工件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以（±）。
??? （５）．工件尺寸公差與沖模刃口尺寸的制造偏差原則上都應(yīng)按“入體”原則標(biāo)注為單向公差，所謂“入體”原則是指標(biāo)注工件尺寸公差時應(yīng)向材料實體方向單向標(biāo)注。但對于磨損后無變化的尺寸，一般標(biāo)注雙向偏差【3】。
2.4.2．凸凹模刃口計算方法【14】
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計算方法也不同，基本上可分為兩類。
（1）．按凸模與凹模圖樣分別加工法
圖2.4.1 沖模刃口與工件尺寸及公差分布
這種方法主要適用于圓形或簡單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對簡單，精度容易保證，所以采用分別加工，設(shè)計時，需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。
凸、凹模分別加工法的優(yōu)點(diǎn)是，凸、凹模具有互換性，制造周期短，便于成批制造。其缺點(diǎn)是，為了保證初始間隙在合理范圍內(nèi)，需要采用較小的凸、凹模具制造公差才能滿足δT+δA≤ Zmax-Zmin的要求，所以模具制造成本相對較高。
? 沖模刃口與工件尺寸及公差分布情況如圖2.4.1所示。其計算公式如下：
落料
沖孔
孔心距
足以下條件
（2）．凸模與凹模配作法【3】
對于沖制薄材料（因Zmax與Zmin的差值很?。┑臎_模，或沖制復(fù)雜形狀工件的沖模，或單件生產(chǎn)的沖模，常常采用凸模與凹模配作的加工方法。
?? 配作法就是先按設(shè)計尺寸制出一個基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃缓蟾鶕?jù)基準(zhǔn)件的實際尺寸再按最小合理間隙配制另一件。這種加工方法的特點(diǎn)是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核δT+δA≤ Zmax-Zmin的條件，并且還可放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。設(shè)計時，基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，而配作件上只標(biāo)注公稱尺寸，不注公差，但在圖紙上注明：“凸（凹）模刃口按凹（凸）模實際刃口尺寸配制，保證最小雙面合理間隙值Zmin”。
?? 采用配作法，計算凸?；虬寄Ｈ锌诔叽纾紫仁歉鶕?jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個尺寸在磨損過程中是變大，變小還是不變這三種情況，然后分別按不同的公式計算【14】。
? 1）凸?；虬寄Ｄp后會增大的尺寸——第一類尺寸A
?? 落料凹?；驔_孔凸模磨損后將會增大的尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的落料凹模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.1）相同
第一類尺寸：
2）凸?；虬寄Ｄp后會減小的尺寸——第二類尺寸B
沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會減小的尺寸，相當(dāng)于簡單形狀的沖孔凸模尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.3）相同。
第二類尺寸：
3）凸?；虬寄Ｄp后會基本不變的尺寸——第三類尺寸C
?? 凸?；虬寄Ｔ谀p后基本不變的尺寸，不必考慮磨損的影響，相當(dāng)于簡單形狀的孔心距尺寸，所以它的基本尺寸及制造公差的確定方法與公式（2.4.5）計算。
第三類尺寸：
2.5沖壓力的計算【18】
2.5.1．沖裁力
沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)人材料的深度(凸模行程)而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計模具的重要依據(jù)之一。
用普通平刃口模具沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算：F=KLtτ
式中 F——沖裁力 L——沖裁周邊長度；??t——材料厚度；
??τ——材料抗剪強(qiáng)度； K——安全修正系數(shù)。 一般取K＝1.3。
????為計算簡便，也可按下式估算沖裁力：
?????????????????????????????(2.6.2)式中σb——材料的抗拉強(qiáng)度【16】。
2.5.2．頂件力、推件力、卸料力計算【12】
在沖裁結(jié)束時，由于材料的彈性回復(fù)（包括徑向彈性回復(fù)和彈性翹曲的回復(fù)）及摩擦的存在，將使沖落部分的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模內(nèi)的料推出。卸料力：從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱卸料力。
推件力：將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的力稱推件力。
頂件力：逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱頂件力【15】
卸料力 F=KxF (2.6.3)
推件力 FT=nKTF (2.6.4)
頂件力 FD=KDF???????(2.6.5)
式中 F——沖裁力； ?——卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表2.6.1；
???? n——同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件(或廢料)數(shù)。
??? h——凹模洞口的直刃壁高度； t——板料厚度
注：卸料力系數(shù)Kx，在沖多孔、大搭邊和
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