油位傳感器殼體模具設(shè)計與動畫演示【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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2007年3月12日-4月15日（第2-6周），工藝設(shè)計和沖壓力部分設(shè)計。 4. 2007年4月16-22日（第7周），畢業(yè)設(shè)計中期檢查。 5. 2007年4月16-5月13日（第7-10周），工藝分析、沖壓力計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模設(shè)計、演示，整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）。 6. 2007年5月14-20日（第11周）上交畢業(yè)論文，指導(dǎo)、評閱教師審查評閱論文，畢業(yè)設(shè)計答辯資格審查，學(xué)生修改整理論文，畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯。 河南科技學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）課題審核表 院（系）名稱 機電學(xué)院 專業(yè)名稱 機電技術(shù)教育 指導(dǎo)教師 姓名及職稱 李保國 王保國 教 授 工程師 課題名稱 油位傳感器殼體模具設(shè)計及動畫演示 課題來源 新鄉(xiāng)三利 立題理由 和所具備 的條件 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%，其他各類模具約占11%。由于沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)效率高，而且加工出的零件具有成本低、重量輕、剛度好、尺寸穩(wěn)定、互換性好等優(yōu)點，因此，沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝設(shè)備。 另外，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，運用Solidworks2007進行三維建模，可以有效的解決模具設(shè)計、分析和產(chǎn)品制作的運動模擬等諸多問題，利用動畫演示可以真實的模擬有關(guān)機構(gòu)或機器的工作情況。因此，利用Solidworks進行三維建模和動畫演示，不僅對于工科院校提高教學(xué)質(zhì)量具有一定的積極意義，而且對于企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)具有一定的實際意義。 教研室 審批意見 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè) 計）工作領(lǐng)導(dǎo) 小組審批意見 組長簽字：： 年 月 日 注：本表經(jīng)教務(wù)處復(fù)審后存院（系）備查。 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 題目名稱： 油位傳感器殼體模具設(shè)計與動畫演示 學(xué)生姓名 車展展 專業(yè) 機電技術(shù)教育 班級 機教024 一、選題的目的意義 根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會的預(yù)測，21世紀制造業(yè)中粗加工零件的70%、精加工的50%都要 通過模具來完成。許多工業(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的發(fā)展水平。 模具的類型較多，按照成形件材料的不同可分為沖壓模具、塑料模具、鍛造模具、壓鑄模具、橡膠模具、粉末冶金模具、玻璃模具和陶瓷模具。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%，其他各類模具約占11%。由于沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)效率高，而且加工出的零件具有成本低、重量輕、剛度好、尺寸穩(wěn)定、互換性好等優(yōu)點，因此，沖模是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝設(shè)備。隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展，沖壓模具的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，精度要求也越來越高，其設(shè)計和制造的難度也將越來越大。另外，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，運用Solidworks2007進行三維建模，可以有效的解決模具設(shè)計、分析和產(chǎn)品制作的運動模擬等諸多問題，利用動畫演示可以真實的模擬有關(guān)機構(gòu)或機器的工作情況。因此，利用Solidworks進行三維建模和動畫演示，不僅對于工科院校提高教學(xué)質(zhì)量具有一定的積極意義，而且對于企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)具有一定的實際意義。 本課題旨在通過對傳感器殼體的模具設(shè)計與動畫演示的研究，以便于更好的提高傳感器的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，以便于更好的展示傳感器制作的過程，從而獲得更高的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品的研發(fā)與宣傳。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 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)。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項： (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。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，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；進一步擴大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使CAD/CAM/CAE技術(shù)在跨企業(yè)、跨院所、跨地區(qū)等整個行業(yè)中的推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。 (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。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。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。 (3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng) 高速掃描機和模具掃描系統(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”。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。 (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)的機床在模具加工中應(yīng)用。預(yù)計這一技術(shù)將得到發(fā)展。 (5)提高模具標準化程度 我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。 (6)優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(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能否充分發(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 這是我國長遠發(fā)展的目標。模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、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)。但總體上和國外多工位級進模相比，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。 三、主要研究內(nèi)容 1. 沖壓工藝性分析及工藝方案確定 2. 毛坯展開及毛坯排樣 3. 工藝力和壓力中心計算 4. 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 5. 主要工作件的設(shè)計 6.利用Solidworks進行三維建模和動畫演示 四、畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究方法或技術(shù)路線 畢業(yè)設(shè)計采取的研究方法： 1.實地參觀學(xué)習法 2.教師指導(dǎo)法 3.上網(wǎng)收集資料法 4.查閱借鑒圖書資料法 五、 主要參考文獻與資料 ［1］李建軍,李德群.模具設(shè)計基礎(chǔ)及模具CAD[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005 ［2］江洪,于忠海,張培耘.Solidworks建模及實例分析[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2006 ［3］鄭長松郭軍.Solidworks2006中文版機械設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006 ［4］東方人華,徐東升.Solidworks2005中文版[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005 ［5］陳晗.用Solidworks制作零件和裝配體動畫[J].學(xué)術(shù)縱橫,2005,15(7):18~26 ［6］賈愛蓮,張世紅.基于Solidworks軟件的減速器三維設(shè)計及運動仿真[J].農(nóng)機推廣 與安全,2006,24(10):26~30 ［7］朱培原.在SolidWorks中如何完成零件裝配[J].機械工人,2005,34(6):236~240 ［8］黨興武,靳嵐.基于SolidWorks2004的機構(gòu)運動模擬[J].機械設(shè)計與制造,2005,55(4):85~90 ［9］賈玉.碟形托板拉深沖孔復(fù)合模具的設(shè)計與應(yīng)用[J].煤礦機械,2006,24(30):320~328 ［10］張峰.對板料沖壓工藝的設(shè)計研究[J].工業(yè)技術(shù),2006,6(20):86~93 ［11］代勇.殼體落料拉深整形沖孔復(fù)合模[J].模具技術(shù),2001,30(3):56~63 ［12］于秀媛.盤形件的拉深翻邊復(fù)合模具設(shè)計[J].機械工人.2006,36(23):210~215 ［13］鐘翔山.罩圈落料-拉伸-沖孔-翻邊復(fù)合模設(shè)計[J].模具制造,2006,22(39):71~76 ［14］向陽,孫培雷,陳閔葉.除塵密封裝置三維動態(tài)仿真設(shè)計[J].煤礦機電,2006,44(34):56~60 ［15］段路茜.基于SolidWorks的基本機構(gòu)空間運動仿真研究[J].裝甲兵工程學(xué)院院報 2006,10(8):14~16 六、 指導(dǎo)教師審批意見 年 月 日 1緒論 1.1 研究課題的意義 模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝設(shè)備，隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都越來越多的依靠模具來進行加工。采用模具成形加工零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝，可以提高生產(chǎn)效率，保證零件質(zhì)量，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，從而獲得很高的經(jīng)濟效益。據(jù)粗略統(tǒng)計，70％以上的汽車、拖拉機、電機電器、儀器儀表等零件，都是采用沖壓模具成形的方法來生產(chǎn)。因此，利用模具生產(chǎn)零件已經(jīng)成為工業(yè)上進行成批生產(chǎn)或大量生產(chǎn)的主要技術(shù)手段，它對保證制品的質(zhì)量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等都具有重要意義[1]。 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀80年代以來，我國產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度加快，產(chǎn)品的數(shù)量迅速增加。這使模具的需求量相應(yīng)增加，質(zhì)量要求也越來越高，從而使模具技術(shù)在國民經(jīng)濟中的地位和作用日趨重要。顯然，模具技術(shù)落后，制造周期長，產(chǎn)品質(zhì)量低劣，必然影響生產(chǎn)發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品喪失競爭力。近年來，日本的機車、手表、家用電器等產(chǎn)品的銷量猛增，品種繁多，并在國際市場占有優(yōu)勢地位，其重要原因之一就是模具技術(shù)的高度發(fā)展，可見，研究和發(fā)展模具技術(shù)，對促進國民經(jīng)濟的發(fā)展具有特別重要的意義。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 縱觀模具制造業(yè)近十余年來的發(fā)展道路，其主要的發(fā)展方向可以歸納為以下幾個方面。 （1）模具的專業(yè)化和標準化程度不斷提高 實現(xiàn)模具的專業(yè)化生產(chǎn)，前提是模具的標準化，這樣可使專業(yè)模具的生產(chǎn)廠減少30～50％的制造工作量，降低成本50％左右。有了模具的各項標準，才能采用專用的先進生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，建立專門的機械化和自動化生產(chǎn)線，才可能采用高精度的，專用的質(zhì)量檢測手段，從而實現(xiàn)提高模具質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本的目標。 （2）模具粗加工技術(shù)向高速加工方向發(fā)展 以高速銑削為代表的高速切削加工技術(shù)代表了模具零件外型表面粗加工的方向。高速銑削可以大大改善模具表面質(zhì)量狀況，并大大提高加工效率和降低加工成本。 （3）成形表面的加工向精密、自動化方向發(fā)展 成形表面的加工向計算機控制和高精度加工方向發(fā)展。數(shù)控加工中心、電火花成形加工設(shè)備、計算機控制連續(xù)軌跡坐標磨床和配有CNC修正設(shè)備與精密測量裝置的成形磨銷加工設(shè)備等的推廣使用，使提高模具制造技術(shù)水平的關(guān)鍵。 （4）光整加工向自動化方向發(fā)展 當前模具成形表面的研磨、拋光等光整加工仍然以手工作業(yè)為主，不僅花費工時多，而且勞動強度大、表面質(zhì)量低。工業(yè)發(fā)達的國家正在研制由計算機控制、帶有磨料磨損自動補償裝置的光整加工設(shè)備，可以對復(fù)雜型面的三維曲面進行光整加工設(shè)備，可以對復(fù)雜型面的三維曲面進行光整加工，并開始在模具加工上使用，大大提高了光整加工的質(zhì)量和效率。 （5）反向制造工程制模技術(shù)的發(fā)展 以坐標測量機和快速成型制造技術(shù)為代表的反向制造工程制模技術(shù)是一種以復(fù)制為原理的制造技術(shù)。它是模具制造技術(shù)上的又一重大發(fā)展，對模具制造具有重要影響。這種技術(shù)特別適用于多品種、少批量、形狀復(fù)雜的模具制造，對縮短模具制造周期，進而提高產(chǎn)品市場競爭力有重要意義。 （6）研制和發(fā)展模具用材料 模具材料是影響模具壽命、質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的重要方面。沒有充足的、高質(zhì)量的、品種系列齊全的模具用材料，模具工業(yè)要趕上世界先進水平就只能是紙上談兵。 （7）模具CAD/CAM技術(shù)將有更快的發(fā)展 模具CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計和制造上的優(yōu)勢越來越明顯，它是模具技術(shù)上的又一革命，普及和提高CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)勢在必行。 2 沖模設(shè)計概述 沖壓模具是金屬加工的基本方法之一，它是通過沖壓機床安裝在其上的模具施加壓力于板料或帶料毛坯上，使毛坯全體或局部發(fā)生塑性變形，從而獲得所需的零件形狀。目前，沖壓加工主要用于制造金屬薄板零件，包括黑色金屬和有色金屬板零件，有時也用于加工部分非金屬板零件。 2.1沖模設(shè)計原始資料 在設(shè)計沖模設(shè)計之前，需要掌握一下原始資料： （1）沖壓件圖樣及技術(shù)要求 零件為380傳感器殼體。鋼號：08、表面質(zhì)量級別Ⅱ級拉伸延展級別：S、抗拉強度：275～410MPa、伸長率：δ10％≥30； （2）零件的批量大小 5000個； （3）產(chǎn)品工藝卡； （4）模具制造車間的設(shè)備加工能力 零件精度、大小要求完全滿足； （5）沖壓生產(chǎn)車間的沖壓設(shè)備資料； （6）標準采用GB708-88/GB710－88。 2. 2 沖模設(shè)計步驟 在進行沖模設(shè)計時，為設(shè)計出合理的沖壓成形工藝和模具結(jié)構(gòu)，應(yīng)遵循下述的設(shè)計步驟： （1）根據(jù)沖壓件產(chǎn)品圖進行沖壓件工藝性分析，確定該零件是否適宜采用沖壓方式進行生產(chǎn)，或者確定在不改變沖壓件功能的要求情況下，改變沖壓件的形狀能否獲得更好的沖壓工藝性。 （2）根據(jù)沖壓件的形狀特點、生產(chǎn)批量要求以及企業(yè)的模具制造能力，確定采用單工序模、復(fù)合模還是采用連續(xù)模加工該沖壓件。 （3）進行零件展開計算、毛坯排樣、工序設(shè)計、沖壓力及壓力中心計算等，并繪制工序方案圖或條料排樣圖。 （4）根據(jù)沖壓力計算結(jié)果選擇沖壓設(shè)備。所選沖壓設(shè)備的公稱壓力應(yīng)大于所需的沖壓力，閉合高度與沖模的閉合高度相適應(yīng)，而且滑塊行程必須滿足工藝要求。 （5）根據(jù)沖壓工序的設(shè)計結(jié)果，確定模具的總體結(jié)構(gòu)、選擇模具、設(shè)計工作部件及輔助部件，必要時，還應(yīng)進行零部件的強度校核計算，以確保零件的強度要求。 （6）用Solidworks和CAD繪制模具總裝圖和零部件圖，進行動畫模擬。 3 沖壓工藝過程設(shè)計 3.1毛坯展開計算 沖壓件由板料經(jīng)沖壓成形而獲得，因此，首先必須將沖壓件展平，獲得其毛坯形狀，才能確定選用合適的板料。由于沖壓成形過程中材料的塑性變形情況較復(fù)雜，且塑性變形的過程本身是不可逆的，很難找到精確的毛坯計算方法，通常都是采用經(jīng)驗公式或經(jīng)驗方法進行近似計算，然后通過試模確定精確的毛坯形狀。對形狀較復(fù)雜沖壓件的毛坯形狀則可采用有限元法計算獲得。 3.1.1 彎曲展開計算 彎曲展開就是將沖壓件的彎曲部分展平，同時將與彎曲部分相鄰的平直部分變換到相應(yīng)位置的過程，因此，彎曲展開計算的關(guān)鍵就是計算彎曲部分的展開長度。由彎曲變形特點分析可知，彎曲展開長度與中性層的長度相等。若以曲率半徑來表示中性層的位置，則其可按下式近似確定[2]： （1） 式中： －彎曲內(nèi)側(cè)半徑； －料厚； －中性層位移參數(shù)。 知道中性層位置后，彎曲展開長度就可按下式進行計算： （2） 式中： －彎曲展開長度； －彎曲角； －彎曲中性層半徑。 3.1.2 拉深展開計算 由于拉伸成形伴隨復(fù)雜的的金屬流動，因此，除一些規(guī)則的拉深工件可采用解析法計算其毛坯形狀外，其他不規(guī)則的拉深工件則只能憑經(jīng)驗按材料的流動特點分區(qū)計算，或者采用有限元法計算得出毛坯形狀。但不論何種方法，都難以獲得精確得毛坯形狀。通常是在已做好得拉深模中對計算出得毛坯進行試壓、修改，直到工件合格后才能將最終得毛坯形狀確定下來，然后再做落料模。 由于拉深成形過程中材料得體積不變，而且拉深出來得拉深件其壁厚也基本不變（變薄拉深除外），因此，拉深件得毛坯尺寸可按等面積法進行計算。我們得這個工件是規(guī)則的，規(guī)則拉深件的毛坯尺寸就可按等面積法解析計算獲得。下面是計算過程： (1) 修邊余量的確定 由于成形過程中的金屬流動和材料的各相異性，導(dǎo)致毛坯拉深后工件的邊口不齊，如圖1所示。一般情況下，拉深后都要修邊，因此再計算毛坯尺寸前，應(yīng)首先確定修邊余量并計入工件的高度或凸緣直徑。修邊余量查相關(guān)文獻得[3]： 圖1 帶修邊的拉深成形圖 1.5mm (2)毛坯尺寸得確定 圓筒形拉深件得橫截面為圓形，因此，其毛坯形狀亦為圓形。進行毛坯計算時，首先將工件分解為若干個簡單幾何體，分別求出各幾何體得表面積。對其求和獲得工件得表面積，然后根據(jù)等面積法，即可得圓形毛坯得直徑。 圖2 不帶修邊的拉深成形圖 如圖2所示對于我們設(shè)計得工件，可將其分解為圖所示得三各簡單幾何體，它們的表面積分別為： 圖3 成形圖上部分 （3） 圖4 底邊過渡部分 （4） 圖5 底邊 （5） 根據(jù)表面積法，可得圓形毛坯直徑為 圖6 毛坯圖 =136mm （6） 3.2毛坯排樣 毛坯排樣是指毛坯在條料上的布置方法，合理的排樣是降低沖壓件的制造成本，提供沖壓件質(zhì)量，保證模具壽命的有效措施。 3.2.1 排樣方式 按照排樣時工件之間，以及工件與條料側(cè)邊之間是否留有余料，排樣可分為有廢料排樣和少、無廢料排樣兩大類。而按毛坯條料的布置形式，排樣又可分為直排、斜排、對排、多排和混合排等。 我們采用的是有廢料排樣和直排相結(jié)合。對于有廢料排樣，由于工件周邊都有余料(廢料)，模具沿工件全部外形進行沖裁，因此，這類排樣才能保證沖裁件的質(zhì)量，沖模的壽命也長，但材料的利用率低。而對于少廢料和無廢料排樣，工件的周邊的某些部分沒有余料，因此，這樣的排樣方式節(jié)省材料，并有利于一次沖裁多個工件，提高生產(chǎn)率。但采用少廢料和無廢料排樣時，由于條料的寬度的公差以及條料導(dǎo)向與工件定位所產(chǎn)生的誤差，使工件的質(zhì)量和精度難以保證；而且，由于采用單邊沖裁，還會影響斷面質(zhì)量及模具壽命。在具體進行毛坯排樣時，選擇何種排樣方式除了考慮上述因素外，還必須考慮采用何種模具進行加工。當采用連續(xù)模時，毛坯排樣方式還與連續(xù)成形的載體設(shè)計有密切關(guān)系。 3.2.2 搭邊 排樣時的工件之間、以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊除可補償條料的定位誤差、保證沖出合格工件以外，還能保持條料有一定的剛度。便于送料。搭邊是廢料，從節(jié)省材料的角度出發(fā)，搭邊值應(yīng)該越小越好。但過小的搭邊容易被擠進凹模，增加刃口磨損，降低模具壽命，并且也影響沖裁件的剪切表面質(zhì)量。當采用連續(xù)沖壓成形工藝時，為了使條料送進順利，特別是在采用側(cè)刃定距的情況下，搭邊應(yīng)該選擇大些。如圖7，我們根據(jù)上面的要求查文獻得出合適的搭邊值為1.5mm。 圖7 排樣搭邊圖 3.2.3 步距 所謂步距是條料在沖壓生產(chǎn)過程中，每次送進的距離。它是由毛坯形狀、排樣方式及搭邊大小確定的，并與采用何種模具類型有密切關(guān)系。步距值應(yīng)盡量取的圓整，或者取小數(shù)點后1～2位，以便模具加工制造。所以我們?nèi)。? S=D+a=136+1.5＝137.5mm （7） 3.2.4 材料利用率 所謂材料利用率是指在一段條料上能沖出的所有零件的總面積與這段條料的面積之比。排樣時，在保證工件質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量考慮如何提高材料的利用率。但如果一種排樣較其他排樣的利用率提高不多，而又使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，那么這樣的排樣就不可取，一般應(yīng)根據(jù)工件的批量、材料的貴重程度、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等綜合考慮。如果采用連續(xù)沖壓成形，則應(yīng)主要考慮排樣對模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的影響，而不是材料利用率。材料利用率可按下式計算[4]： 78.4% （8） 式中： A—沖裁件的面積； N—一個步距內(nèi)沖裁件的數(shù)目； B—條料寬度； h—進距。 3.3 沖壓工藝方案設(shè)計 通常情況下，沖壓件都需要通過多道沖壓工序才能加工出來。所謂沖壓工藝方案設(shè)計，就是確定那些沖壓工序以及他們的組合方式來完成沖壓件的加工。主要包括以下內(nèi)容： （1）根據(jù)沖壓件的形狀特點、沖壓工序的成形特點、沖壓件的精度和生產(chǎn)批量要求及模具的復(fù)雜程度，確定采用單沖、復(fù)合還是連續(xù)沖壓成形工藝。 （2）劃分沖壓件的形狀，并劃分出各部分形狀可以通過相應(yīng)的沖壓工序加工出來，如沖裁成形部分、彎曲成形部分、拉伸成形部分等。 （3）根據(jù)沖壓件的旋轉(zhuǎn)、材料性能及尺寸和精度要求等，確定所采用的沖壓工序次數(shù)及其工藝參數(shù)和相應(yīng)的輔助工序，并對這些工序進行合理的組合與排列。 （4）繪制沖壓工藝方案圖。當采用單沖、復(fù)合成形方案時，其工藝方案圖為一組中間工序件圖；當采用連續(xù)沖壓成形方案時，其工藝方案圖為條料排樣圖。 沖壓工藝方案的好壞，直接決定了沖壓件制造技術(shù)的合理性、沖壓件質(zhì)量和成本。所以，正確合理地制定沖壓工藝方案是一項十分重要的工作[5]。 我們加工的工件:原來的沖壓工藝是：落料→拉深→切邊→沖孔共4 道工序，需4副以上模具。這樣落后的工藝，不僅產(chǎn)品質(zhì)量很不穩(wěn)定，而且生產(chǎn)效率低，安全風險大，成本高，非常不適應(yīng)當前的生產(chǎn)。因此，需改善其工藝流程，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低安全風險和生產(chǎn)成本。要達到此目的，就必須減少模具數(shù)量，把分散的工序集中在盡量少的模具上完成。 3.3.1 工藝分析 集中沖壓工序減少模具數(shù)量，有2 條途徑：一是設(shè)計連續(xù)模，二是設(shè)計復(fù)合模。本零件的材料是08號鋼板料厚1.5mm，形狀是較復(fù)雜的圓柱體，外形尺寸φ136mm，需落料、拉深、切邊、沖孔工序。如果設(shè)計連續(xù)模，模具外形尺寸相當大，該企業(yè)的設(shè)備不匹配。而復(fù)合模則可以完成落料、拉深、沖孔的復(fù)合工序，余下切邊工序另外進行。都可以一次成形，而且與落料、拉深、沖孔及切邊這幾道分離工序是不同直徑的同心圓，所以可以設(shè)計復(fù)合模，在一次沖壓過程中順序完成。 基于前面的分析，把原來的沖壓工藝改為用一副復(fù)合模，經(jīng)一次沖壓完成落料、拉深和沖孔工序，其余的切邊工序單獨完成。實施這樣的工藝，關(guān)鍵是復(fù)合模的設(shè)計。 （1）沖裁工序設(shè)計 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一。在沖壓加工中應(yīng)用極廣。它既可直接沖出成品零件也可以為彎曲、拉深和擠壓等其它工序準備坯料，還可以在已成形的工件進行再加工（切邊、切舌、沖孔等工序）。沖裁工序主要用于加工沖壓件上的孔和外形。當采用單工序模加工時，由于中間工序難以定位，同時也為了避免增加模具數(shù)量，一般不宜把孔和外形分割成一組簡單的形狀來加工。因此，工件的外形就對應(yīng)落料工序，工件的每一個孔就對應(yīng)一個沖孔工序。而當采用復(fù)合模加工時，由于不存在中間工序件定位和增加模具數(shù)量的問題，同時為了保證條料能順利的送進，如果孔和外形的形狀較復(fù)雜，一般需將其分隔成一組簡單形狀的沖裁工序，以簡化凸凹模制造。 （2）拉深工序設(shè)計計算 我們進行拉深工序計算主要是為了校核工件能否能進行一次拉深成功，或者需要幾次拉深能夠滿足要求。工件在拉深時不起皺、不破裂情況下的最小拉深系數(shù)—極限拉深系數(shù)。所以在確定一個零件是否能夠一次拉深成功時，應(yīng)首先計算它的總拉深系數(shù)，如果它小于極限拉深系數(shù)，就必須進行多次拉深。 總拉深系數(shù) M總 =d/D=80/136=0.59 （9） 由文獻查得 M極=0.63＞0.59= M總 故一次拉深即可完成要求[5]。 （3）輔助工序設(shè)計 為改善沖壓成形條件，或便于工序件的定位，通常要增加一些輔助工序。如在帶料連續(xù)拉深成形時，為便于拉深成形過程中材料的流動，通常都需要增加一個切口工序，對于幾何形狀不對稱的零件，為便于沖壓成形和定位，有時采用成對沖壓的方法成形，以便改變沖壓成形的條件、避免成形過程中坯料的偏移，然后再通過剖切或切斷輔助工序?qū)⑵浣爻蓛蓚€零件，對于復(fù)雜彎曲、拉深成形的沖壓件，為便于定位，有時需要沖制工藝孔作為定位之用，該工序亦是輔助工序。 3.3.2 工序組合 所謂工序組合就是確定再一副模具上完成的工序。按照這些工序再模具上布置方式的不同，可分為單沖工序、復(fù)合工序和連續(xù)成形工序。它們分別與單沖模、復(fù)合模、連續(xù)模相對應(yīng)。在進行工序組合時，要著重考慮工序組合的必要性和可行性。組合的必要性取決于沖壓件的生成批量和制造精度。一般情況下，當批量較大且精度要求較高時，應(yīng)考慮采用復(fù)合工序或連續(xù)沖壓工序；當批量小且精度要求不高時，采用單工序分開成形比較適宜。而組合的可行性則主要考慮一下幾個方面： （1）工序的組合應(yīng)保證能加工出符合精度和質(zhì)量要求的沖壓件。 （2）對于組合在一起的工序，其成形動作在模具結(jié)構(gòu)上時可實現(xiàn)的，且不至于給模具制造與維修帶來太多的困難，并保證模具又足夠的強度。當采用復(fù)合成形方式組合工序時，工序數(shù)一般不超過4個。另外，當零件上的孔間距或孔邊距較小時，不宜采用復(fù)合成形工序，否則其凸凹模的壁厚滿足不了強度的要求。 （3）將工序組合在一起后，應(yīng)使其與企業(yè)現(xiàn)有的沖壓設(shè)備相匹配。這是由于將工序組合到一起后，沖壓力及模具尺寸可能都會增大，應(yīng)保證其不超出企業(yè)現(xiàn)有沖壓設(shè)備所保證的范圍。 3.3.3 工序順序的安排 工序順序的安排主要取決于沖壓變形規(guī)律和沖壓件質(zhì)量的要求。當沖壓工序的順序變更不影響零件的質(zhì)量時，則應(yīng)當根據(jù)模具結(jié)構(gòu)、工序件定位和操作的方便性來考慮工序順序的安排。在進行工序順序安排時應(yīng)注意遵循以下原則： （1）尺寸精度要求較高的部分應(yīng)盡量放在較后的工序。 （2）所有的孔只要其形狀和位置不受后續(xù)工序的影響，應(yīng)盡量在平板毛坯狀態(tài)下沖制出來，以便于定位和簡化沖孔工序的模具結(jié)構(gòu)。 （3）當某個成形工序?qū)е虏牧系牧鲃佑绊懙狡渌ば虻男螤顣r，應(yīng)盡量先完成該成形工序。另外，當孔間距或孔邊距較小時，應(yīng)先沖大孔和一般精度的孔，在沖小孔和精度高的孔，或先落料再沖孔，以將可能產(chǎn)生的畸變限制再最小的范圍內(nèi)。 3.3.4 沖壓力與壓力中心計算 在沖壓生產(chǎn)過程中，沖壓力包括：使材料產(chǎn)生塑性變形獲得相應(yīng)工件形狀得各工序得沖壓力，以及卸料力、推件力和頂件力等。所有壓力的合力中心。計算沖壓力的目的，是為了選擇合適的沖壓設(shè)備或彈性元件。計算壓力中心的目的，則是為了使壓力中心位于沖壓設(shè)備允許的范圍內(nèi)，以免偏心過大導(dǎo)致模具受力不均，影響模具壽命。因為我們所要加工的工件是規(guī)則零件所以其壓力中心就是工件的集合中心，以下是它們沖壓力的計算： （1）沖裁工序沖壓成形力計算參考公式為： 83025N （10） 式中： L—沖裁輪廓總長； t—材料厚度； —材料的抗拉強度。 （2）拉深工序（不帶邊）沖壓成形力計算參考公式為： 40584N （11） 式中： D—坯料直徑； d1—一次拉深后工件的直徑。 （3）卸料力、推件力、頂件力及壓料力計算： 卸料力、推件力、頂件力的計算方法都是一樣的，只是系數(shù)k的取值不一樣。當為沖裁件時，F(xiàn)為沖裁力；當為拉深件時，F(xiàn)為拉深力。 卸料力、推件力、頂件力計算公式： 5864N （12） 壓料力計算公式： 7835N （13） 式中： A—壓料板下的毛坯投影面積； P—單位壓邊力。 （4）總壓力計算 由于在一副模具中各沖壓工序和輔助裝置不一定是同時工作的，因此，在計算總沖壓力時，不能僅簡單的將所有力疊加，而應(yīng)根據(jù)沖壓工序和輔助裝置的組合方式及作用方式，確定某一時刻的最大沖壓力做總沖壓力。我們采用落料拉深沖孔復(fù)合模時，由于拉深是落料完成后才開始進行的，而落料力和壓料力是同時產(chǎn)生的。且落料力比拉深力大，則此時所需的最大沖壓力則是落料力和壓料力之和[5]。 F總=F落+f壓= 90860N （14） 4 沖模結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計 沖壓工藝方案設(shè)計完成后，沖模的類型就已確定。沖模總體結(jié)構(gòu)設(shè)計就是根據(jù)所采用的模具類型、制作的精度要求、形狀特點及沖壓工藝方案，確定模具的結(jié)構(gòu)形式、模具的總體尺寸及模架，以及設(shè)計各零件部件的具體結(jié)構(gòu)。 4.1 沖壓設(shè)備及選用 沖壓設(shè)備屬鍛壓機械。常見冷沖壓設(shè)備有機械壓力機（以Jxx表示其型號）和液壓機（以Yxx表示其型號）。 4.1.1 沖壓設(shè)備分類 （1）機械壓力機按驅(qū)動滑塊機構(gòu)的種類可分為曲柄式和摩擦式； （2）按滑塊個數(shù)可分為單動和雙動； （3）按床身結(jié)構(gòu)形式可分為開式（C型床身）和閉式（Ⅱ型床身）； （4）按自動化程度可分為普通壓力機和高速壓力機等。 4.1.2 壓力機的選擇 （1）中、小型沖壓件 選用開式機械壓力機； （2）大、中型沖壓件 選用雙柱閉式機械壓力； （3）導(dǎo)板?；蛞髮?dǎo)套不離開導(dǎo)柱的模具，選用偏心壓力機、形模等； （4）大量生產(chǎn)的沖壓件 選用高速壓力機或多工位自動壓力機； （5）校平、整形和溫熱擠壓工序 選用摩擦壓力機； （6）薄板沖裁、精密沖裁 選用剛度高的精密壓力機； （7）大型、形狀復(fù)雜的拉深件 選用雙動或三動壓力機； （8）小批量生產(chǎn)中的大型厚板件的成形工序，多采用液壓壓力機。 4.1.3 壓力機規(guī)格的選擇 （1）公稱壓力 ?? 壓力機滑塊下滑過程中的沖擊力就是壓力機的壓力。壓力的大小隨滑塊下滑的位置不同，也就是隨曲柄旋轉(zhuǎn)的角度不同而不同。 壓力機的公稱壓力——我國規(guī)定滑塊下滑到距下極點某一特定的距離Sp（此距離稱為公稱壓力行程，隨壓力機不同此距離也不同，如JC23-40規(guī)定為7mm，JA31-400規(guī)定為13mm，一般約為（0.05～0.07）滑塊行程）或曲柄旋轉(zhuǎn)到距下極點某一特定角度α（此角度稱為公稱壓力角，隨壓力機不同公稱壓力角也不相同）時，所產(chǎn)生的沖擊力稱為壓力機的公稱壓力。公稱壓力的大小，表示壓力機本身能夠承受沖擊的大小。壓力機的強度和剛性就是按公稱壓力進行設(shè)計的。 壓力機的公稱壓力與實際所需沖壓力的關(guān)系—沖壓工序中沖壓力的大小也是隨凸模（或壓力機滑塊）的行程而變化的。在沖壓過程中，凸模在任何位置所需的沖壓力應(yīng)小于壓力機在該位置所發(fā)出的沖壓力。最大拉深力雖然小于壓力機的最大公稱壓力，但大于曲柄旋轉(zhuǎn)到最大拉深力位置時壓力機所發(fā)出的沖壓力，也就是拉深沖壓力曲線不在壓力機許用壓力曲線范圍內(nèi)。故應(yīng)選用所示壓力更大噸位的壓力機。因此為保證沖壓力足夠，一般沖裁、彎曲時壓力機的噸位應(yīng)比計算的沖壓力大30%左右。拉深時壓力機噸位應(yīng)比計算出的拉深力大60%～100%。 滑塊行程長度是指曲柄旋轉(zhuǎn)一周滑塊所移動的距離，其值為曲柄半徑的兩倍。選擇壓力機時，滑塊行程長度應(yīng)保證毛坯能順利地放入模具和沖壓件能順利地從模具中取出。特別是成形拉深件和彎曲件應(yīng)使滑塊行程長度大于制件高度的2.5～3.0倍。 （2）行程次數(shù) 行程次數(shù)即滑塊每分鐘沖擊次數(shù)。應(yīng)根據(jù)材料的變形要求和生產(chǎn)率來考慮。 ? （3）工作臺面尺寸 ?? ? 工作臺面長、寬尺寸應(yīng)大于模具下模座尺寸，并每邊留出60～100mm，以便于安裝固定模具用的螺栓、墊鐵和壓板。當制件或廢料需下落時，工作臺面孔尺寸必須大于下落件的尺寸。對有彈頂裝置的模具，工作臺面孔尺寸還應(yīng)大于下彈頂裝置的外形尺寸。 （4）滑塊模柄孔尺寸 模柄孔直徑要與模柄直徑相符，模柄孔的深度應(yīng)大于模柄的長度。 （5）閉合高度 壓力機的閉合高度－是指滑塊在下止點時，滑塊底面到工作臺上平面（即墊板下平面）之間的距離。 壓力機的閉合高度可通過調(diào)節(jié)連桿長度在一定范圍內(nèi)變化。當連桿調(diào)至最短（對偏心壓力機的行程應(yīng)調(diào)到最小），滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最大閉合高度；當連桿調(diào)至最長（對偏心壓力機的行程應(yīng)調(diào)到最大），滑塊處于下止點，滑塊底面到工作臺上平面之間的距離，為壓力機的最小閉合高度。 壓力機的裝模高度－指壓力機的閉合高度減去墊板厚度的差值。沒有墊板的壓力機，其裝模高度等于壓力機的閉合高度。 ? ? 模具的閉合高度是指沖模在最低工作位置時，上模座上平面至下模座下平面之間的距離。 ? ? 理論上為： Hmin-H1≤H≤Hmax－H1 亦可寫成： Hmax-M－H１≤H≤Hmax－H１ ? ? 式中： H——模具閉合高度； ? ? Hmin——壓力機的最小閉合高度； ? ? Hmax——壓力機的最大閉合高度； ? ?? ? H１——墊板厚度； ? ?? ? M——連桿調(diào)節(jié)量； Hmin－H１——壓力機的最小裝模高度； ? Hmax-H１——壓力機的最大裝模高度。 由于縮短連桿對其剛度有利，同時在修模后，模具的閉合高度可能要減小。因此一般模具的閉合高度接近于壓力機的最大裝模高度。所以在實用上為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Hmin-H１＋10≤H≤Hmax-H１－5 （6）電動機功率的選擇 必須保證壓力機的電動機功率大于沖壓時所需要的功率。 4.1.4 模具在壓力機上的安裝 在壓力機上安裝與調(diào)整模具，是一件很重要的工作，它將直接影響制件質(zhì)量和安全生產(chǎn)。因此，安裝和調(diào)整沖模不但要熟悉壓力機和模具的結(jié)構(gòu)性能，而且要嚴格執(zhí)行安全操作制度。 模具安裝的一般注意事項----檢查壓力機上的打料裝置，將其暫時調(diào)整到最高位置，以免在調(diào)整壓力機閉合高度時被折彎；檢查模具閉合高度與壓力機閉合高度之間的關(guān)系是否合理；檢查下模頂桿和上模打料桿是否符合壓力機的除料裝置的要求（大型壓力機則應(yīng)檢查氣墊裝置）；模具安裝前應(yīng)將上下模板和滑塊底面的油污揩拭干凈，并檢查有無遺物，防止影響正確安裝和發(fā)生意外事故。 模具安裝的一般順序（指帶有導(dǎo)柱導(dǎo)向的模具）： （1）根據(jù)沖模的閉合高度調(diào)整壓力機滑塊的高度，使滑塊在下止點時其底平面與工作臺面之間的距離大于沖模的閉合高度。 （2）先將滑塊升到上止點，沖模放在壓力機工作臺面規(guī)定位置，再將滑塊停在下止點，然后調(diào)節(jié)滑塊的高度，使其底平面與沖模座上平面接觸。帶有模柄的沖模，應(yīng)使模柄進入模柄孔，并通過滑塊上的壓塊和螺釘將模柄固定住。對于無模柄的大型沖模，一般用螺釘?shù)葘⑸夏Ｗo固在壓力機滑塊上，并將下模座初步固定在壓力機臺面上（不擰緊螺釘）。 （3）將壓力機滑塊上調(diào)3～5mm，開動壓力機，空行程1～2次，將滑塊停于下止點，固定住下模座。 （4）進行試沖，并逐步調(diào)整滑塊到所需的高度。如上模有頂桿，則應(yīng)將壓力機上的卸料螺栓調(diào)整到需要的高度。 4.2 模具總體尺寸 模具的總體尺寸主要指模具的平面輪廓尺寸、各模板厚度、模具閉合高度等。這些尺寸是進一步進行模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計的基礎(chǔ)。我們采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，兩導(dǎo)柱、導(dǎo)套、分別裝在上下模的后側(cè)，凹模面積是導(dǎo)套前的有效區(qū)域?？捎糜跊_壓較寬條料，且可用邊角料。送料及操作方便，可縱向、橫向送料。主要用于一般要求的沖模，不宜用于大型模具，且有彎曲力矩，上模座在導(dǎo)柱上運動不平穩(wěn)。所以我們使用320mm×240mm系列。 4.2.1 凸凹模的工作尺寸計算 （1）沖裁工序的凹凸模尺寸計算 沖裁凸、凹模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，其雙面間隙用Z表示，單面間隙為Z/2，沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等影響很大，它是沖裁凸、凹模設(shè)計中一個重要的工藝參數(shù)。沖裁過程中作用于凸、凹模上的力為被沖材料的反作用力，凸、凹模刃口受著極大的垂直壓力與側(cè)壓力的作用，高壓使刃口與被沖材料接觸面之間產(chǎn)生局部附著現(xiàn)象，當接觸面相對滑動時，附著部分就產(chǎn)生剪切而引起磨損。這種附著磨損，是沖模磨損的主要形式。當接觸壓力愈大，相對滑動距離愈大，模具材料愈軟，則磨損量愈大。而沖裁中的接觸壓力，即垂直力、側(cè)壓力、摩擦力均隨間隙的減小而增大，且間隙小時，光亮帶變寬，摩擦距離增長，摩擦發(fā)熱嚴重，所以小間隙將使磨損增加，甚至使模具與材料之間產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。而接觸壓力的增大，還會引起刃口的壓縮疲勞破壞，使之崩刃。小間隙還會產(chǎn)生凹模脹裂，小凸模折斷，凸凹模相互啃刃等異常損壞。當然，影響模具壽命的因素很多，有潤滑條件，模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工材料特性、沖裁件輪廓形狀等，但間隙卻是其中一個主要因素。所以為了減少凸、凹模的磨損，延長模具使用壽命，在保證沖裁件質(zhì)量的前提下適當采用較大的間隙值是十分必要的。若采用小間隙，就必須提高模具硬度、精度、減小模具粗糙度、良好潤滑，以減小磨損。 由以上分析可見，間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等都有很大的影響。但很難找到一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件質(zhì)量最佳、沖模壽命最長，沖裁力、最小等各方面的要求。因此，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）?？紤]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。合理的間隙使板料沖裁時在凸、凹模刃口處產(chǎn)生的裂紋相重合，但這種方法計算繁瑣，通常都是通過查表獲得所需的間隙值（見GB/T16743-1997《沖裁間隙》）。本文中各個沖裁間隙如下： 對沖孔工序： φ15的孔：d凸=mm d凹=mm φ10的孔：d凸=mm d凹=mm φ07的孔：d凸=mm d凹=mm 對落料工序： φ136的料：d凸=mm d凹=mm 圖8 凹模設(shè)計圖 從圖8上看我們采用的凹模設(shè)計它的厚度全為刃口的有效刃高度，刃壁無斜度，刃磨后刃口的尺寸不變，用于沖件或廢料逆沖壓方向推出的模具，適合復(fù)合模、薄料沖模具。 （2）拉深凸、凹模尺寸計算 1）凸、凹模間隙 拉深模的間隙是指凸、凹模橫向尺寸的差值，單邊間隙用c來表示。拉深模的間隙對拉深工序有較大的影響。間隙小，工件的質(zhì)量較好，但拉深力大，工件易拉斷，模具磨損嚴重；間隙大，雖然拉深力見小，模具壽命提高了，但工件易起皺，側(cè)壁不直，回彈較大，質(zhì)量不能保證。因此，在確定拉深間隙時，應(yīng)綜合考慮材料類型、料厚變化及拉深件的形狀要求。文中采用的拉深間隙如下： c=(1～1.5)tmax =1.5mm (15) 式中： tmax=材料厚度的最大值。 2）凸、凹模圓角半徑 凹?？趫A角半徑對拉深工序的影響很大。rd過小時，毛坯被拉入凹模的阻力就大，拉深力的增加，易使工件產(chǎn)生劃痕、變薄甚至拉裂，還使模具壽命的降低。rd 過大時，會使壓邊圈下的毛坯懸空，使有效壓邊面積減小，易起皺。 在不起皺的情況下，凹模圓角半徑愈大愈好。一般可采用以下經(jīng)驗公式計算： 7.5mm （16） 式中： D—毛坯上道工序的拉深直徑； d—本道工序的拉深直徑； t—材料厚度。 凸模的圓角半徑rp對拉深工序也有影響。當rp過小時，則角部彎曲變形過大，危險斷面容易拉斷；當過大時；則毛坯底部的承載面積減小，懸空部分加大，容易產(chǎn)生底部的局部變薄和內(nèi)皺。凸模的圓角半徑應(yīng)壁凹模半徑略小，即： 5mm （17） 3）凸、凹模橫向尺寸 凸、凹模的橫向尺寸計算，要根據(jù)尺寸的標注要求、模具的磨損趨勢和制造公差確定。對于中間過渡工件的半成品尺寸，由于沒有嚴格限制的必要，模具尺寸只要等于半成品的尺寸即可，以下時凸、凹模橫向尺寸及公差的計算公式： （18） （19） 式中： —凹模尺寸； —凸模尺寸； D—拉深件外形的基本尺寸； C—凸、凹模的單邊間隙； —凹模的制造公差； —凸模的制造公差； —拉深件基本尺寸的公差。 4.2.2 凸模的結(jié)構(gòu)形式及固定方式 （1）凸模的結(jié)構(gòu)形式 凸模的結(jié)構(gòu)形式按其形狀可以分為直通式和臺階式，按其組成方式可分為整體式和鑲拼式，當模具工作部分形狀較小時，凸模有足夠的強度，通常采用直通式，本文中由于工件部分形狀較復(fù)雜，為了便于加工，采用直通式。一般情況下，中小型的凸模都是采用整體式。 （2）凸模的固定方式 對凸模的固定要滿足兩個基本的要求：一是穩(wěn)定可靠，二是拆裝方便。當凸模較細時，為保證其強度，通常需增加一保護套。 （3）凸模長度計算 凸模的長度時由模具結(jié)構(gòu)中凸模的安裝位置、相關(guān)板件的厚度、凸模進入凹模的深度，以及在模具工作狀態(tài)下卸料板與凸模固定板間的安全距離（一般取15～20mm）等確定的，本文中模具的長度L＝60mm。 4.2.3 凹模的結(jié)構(gòu)形式及固定方式 （1）凹模的結(jié)構(gòu)形式 本文中凹模從材質(zhì)、工藝和價格的角度出發(fā)采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的整體式結(jié)構(gòu)。但是當凹模局部損壞時就可能導(dǎo)致整個模板的報廢。 （2）凹模的固定方式 對于整體式凹模，一般都是采用螺釘和銷釘固定板或模座的表面上。 4.3 工件送進與定位方式 工件的送進方式我們采用手動送料。所以要特別注意操作的安全問題。 定位方式采用側(cè)刃和擋料銷相結(jié)合的方式定位。 4.4 卸料方式 卸料方式分為彈性卸料和剛性卸料兩種。我們在這次設(shè)計中上模部分采用橡膠彈性卸料，下模采用整體卸料板進行卸料。 4.5 壓料、卸料及抬料裝置設(shè)計 4.5.1 壓料裝置 在板料的拉深成形過程中，常采用壓料裝置將板料壓在凹模平面上，以防止板料在變形過程中起皺。我們也主要采用剛性壓料，其壓邊圈固定在外滑塊上，通過調(diào)節(jié)壓料圈和凹模之間的距離來控制壓邊力，從而獲得所需的壓邊效果。 4.5.2 卸料裝置 （1）剛性卸料 剛性卸料結(jié)構(gòu)的卸料板通過螺釘和銷釘被固定在下模上，主要適用于料厚在0.5mm以上、工件平面度要求不高、卸料力不大的情況。當卸料板僅起卸料作用時，凸模與卸料板的雙邊間隙取決于板料厚度，一般在0.2-0.5mm之間，板料薄時取小值；板料厚時取大值。當固定卸料板兼起導(dǎo)板作用時，一般按H7/h6配合制造，但應(yīng)保證導(dǎo)板與凸模之間間隙小于凸、凹模之間的沖裁間隙，以保證凸、凹模的正確配合。 固定卸料板的卸料力大，卸料可靠。因此，當沖裁板料較厚（大于0.5mm）、卸料力較大、平直度要求不很高的沖裁件時，一般采用固定卸料裝置。 （2）彈性卸料 彈性卸料結(jié)構(gòu)式通過卸料螺釘將卸料板安裝在上模或下模上，可上下運動，并在模座或凸模固定板與卸料板之間裝有預(yù)壓縮的彈性件，以提供卸料力，彈性卸料結(jié)構(gòu)可對條料施加一定的壓邊作用，因此，工件的平整度很高，且卸料也比較平穩(wěn)。彈壓卸料既起卸料作用又起壓料作用，所得沖裁零件質(zhì)量較好，平直度較高。因此，質(zhì)量要求較高的沖裁件或薄板沖裁宜用彈壓卸料裝置。 彈壓卸料方法，用于簡單沖裁模；是以導(dǎo)料板為送進導(dǎo)向的沖模中使用的彈壓卸料裝置。彈壓卸料板作為可以作為細長小凸模的導(dǎo)向，卸料板本身又以兩個以上的小導(dǎo)柱導(dǎo)向，以免彈壓卸料板產(chǎn)生水平擺動，從而保護小凸模不被折斷。 彈壓卸料板與凸模的單邊間隙可根據(jù)沖裁板料厚度選用。在級進模中，特別小的沖孔凸模與卸料板的單邊間隙可將表列數(shù)值適當加大。當卸料板起導(dǎo)向作用時，卸料板與凸模按H7/h6配合制造，但其間隙應(yīng)比凸、凹模間隙小。此時，凸模與固定板以H7/h6或H8/h7配合。此外，在模具開啟狀態(tài)，卸料板應(yīng)高出模具工作零件刃口0.3~0.5mm，以便順利卸料。 4.5.3 抬料裝置 在我們設(shè)計中因為包含拉深工序，所以條料上的工序件可能會在凹模面之下的模腔內(nèi)，此時需要抬料裝置將條料抬起一定高度才能使條料順利送進。抬料裝置一般包括抬料釘和彈簧等組成，我們采用的使柱式抬料釘。 4.6 模具的工作過程 根據(jù)新工藝方案設(shè)計了總裝配圖示的落料- 拉伸－沖孔邊復(fù)合模。整個模具工作過程分零件成形及卸料兩個階段。模具置于壓力機工作臺面上，壓機滑塊上升，模具開啟，上、下模脫離接觸，下卸料板通過下頂桿在壓機彈性緩沖器和彈簧彈力作用上升至與落料下模上平面平齊，此時，將坯料置于落料下模適當位置， 完成零件的定位。當壓力機下移，上卸料板在卸料橡膠彈力作用下開始與坯料彈性接觸，對坯料進行壓緊，當其下移一段距離后，落料下模接觸坯料并壓縮卸料板與落料拉伸上模共同作用對零件進行落料，落料完成同時，落料拉伸上模對拉伸成形下模發(fā)生作用對坯料進行拉伸，當落料拉伸上模下行40mm 后，拉伸完成。隨著上模繼續(xù)下落孔的凸模壓迫零件和凹模的配合下完成沖孔成形。上卸料板在橡膠圈的彈力下向下移動將套在凸凹模上的廢料卸掉。上卸料桿在外力作用下，向下運動將卡在上模中的零件卸掉，下頂桿隨彈簧作用向上運動將卡在下模上的零件頂出。根據(jù)零件的工藝計算，依據(jù)傳統(tǒng)的加工經(jīng)驗，可制訂出工藝方案為：落料→拉伸→沖孔。 模具采用裝在下模座底下的彈頂器推動頂桿和頂件塊，彈性元件高度不受模具有關(guān)空間的限制，頂件力大小容易調(diào)節(jié)，可獲得較大的頂件力?？ㄔ谕拱寄?nèi)的沖孔廢料由推件裝置推出。當上模上行至上止點時，把廢料推出。每沖裁一次，沖孔廢料被推下一次，凸凹?？變?nèi)不積存廢料，脹力小，不易破裂。但沖孔廢料落在下模工作面上，清除廢料麻煩，尤其孔較多時。邊料由彈壓卸料裝置卸下。由于采用固定擋料銷和導(dǎo)料銷，在卸料板上需鉆出讓位孔，或采用活動導(dǎo)料銷或擋料銷。 從上述工作過程可以看出，正裝式復(fù)合模工作時，板料是在壓緊的狀態(tài)下分離，沖出的沖件平直度較高。但由于彈頂器和彈壓卸料裝置的作用，分離后的沖件容易被嵌入邊料中影響操作，從而影響了生產(chǎn)率。 圖9 總裝配圖 5 三維模型制作 Solidworks軟件是由美國Solidworks公司在Windows平臺上研制開發(fā)的三維機械設(shè)計軟件。它是一套優(yōu)秀的、綜合性的軟件，集三維零件設(shè)計、產(chǎn)品動畫、有限元分析、模具設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體。在Solidworks 軟件中首先完成 凸模、凹模等零件的模型。首先建立各個零件的三維模型圖表1，所示為零件的三維模型。然后完成各零部件的裝配，在制作模型時，模型中零件之間的裝配關(guān)系必須正確。否則將不能產(chǎn)生相應(yīng)的運動和動作。這是能否使Solidworks Animator制作動畫的前提和關(guān)鍵?；赟olidWorks軟件的傳感器殼體三維模型設(shè)計以及動畫模擬，可使工程技術(shù)人員更加直觀地對產(chǎn)品進行評估，縮短了設(shè)計周期，節(jié)約了設(shè)計資金，提高了設(shè)計效率。以SolidWorks軟件為主，并結(jié)合AutoCAD、CAXA電子圖板等二維繪圖軟件對傳感器殼體的設(shè)計方案，同樣適用于其他的工業(yè)設(shè)備設(shè)計，具有工程實用價值。 表1 三維建模零件圖 5.1 動畫制作 利用動畫向?qū)Э梢陨尚D(zhuǎn)動畫、 爆炸動畫或解除爆炸動畫Solidworks Animator 插件通常不在的Solidworks工作界面中。單擊工具插件，Solidworks Animator 然后出現(xiàn)Animator 插件的菜單和工具條，選擇動畫類型：可選擇旋轉(zhuǎn)、 爆炸或解除爆炸選項( 然后在動畫控制選項中輸入播放時間，延遲時間，選擇播放和錄制動畫，開始動畫播放和錄制。具體做法是：首先生成旋轉(zhuǎn)動畫，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動畫的路徑。保留該路徑，然后使用動畫向?qū)杀▌赢?。同樣可生成旋轉(zhuǎn)和解除爆炸動畫。錄制動畫之后將生成avi文件，通過超級鏈接，插入課件中播放動畫[6]。 將轉(zhuǎn)配體導(dǎo)入動畫制作。利用爆破工具將裝配體爆破。爆破后如附圖1所示，即完成其簡單的仿真。以上過程就是在進行軟件仿真的一般步驟。其基本包括零件的建模，零件的裝配和裝配后的模擬這幾個部分。 5.2 生成二維工程圖制作 SolidWorks作為一套功能強大的計算機輔助繪圖和設(shè)計軟件，可以建立機械零件的三維實體圖、三維裝配體圖及二維工程圖。由于直接指導(dǎo)生產(chǎn)的是二維工程圖，且大多生產(chǎn)一線的工程技術(shù)人員對二維繪圖軟件，如AutoCAD、CAXA電子圖板等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標注裝配圖、零件圖時，具有獨特的優(yōu)勢。所以，充分利用SolidWorks和二維繪圖軟件間的文件交換，把由SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標注結(jié)合起來，達到“以二維之長補三維之短”的目的。以下就是三維模型生成二維工程圖的詳細過程:在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks的新建模板中，新建一個“工程圖”模板；打開“工程圖”工具條；在“工程圖”工具條中點擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，點擊“從文件中選擇”，確認要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪圖區(qū)域中單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定”，完成工程圖的繪制，并將其保存“DWG/DXF”格式的文件。 2 用SolidWorks、AutoCAD完成工程圖。在AutoCAD中打開由SolidWorks保存的二維工程圖的“DWG/DXF”格式文件，并進行有關(guān)的標注，最后出圖。由于篇幅所限，本文只畫出傳感器殼體的裝配圖及零件圖 。 6 結(jié)束語 該畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)我們運用知識、分析問題、提高綜合能力的有效手段，也是本科教育必修的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。因為自己面臨馬上到企業(yè)中去工作，所以一開始就抓著這次難得的實踐鍛煉機會，努力培養(yǎng)自己綜合運用知識，獨立分析、解決問題的能力，尤其是實際動手能力。近3個月的畢業(yè)設(shè)計中，在機電學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師們，特別是在劉老師的親自指導(dǎo)下，學(xué)到了正確的設(shè)計思想和正確的思維方法，也學(xué)到了理論聯(lián)系實際的工作作風和嚴肅認真的科學(xué)態(tài)度；同時，也感覺到自己的繪圖設(shè)計能力，科學(xué)計算能力，實驗動手能力以及計算機運用、查閱文獻、外文翻譯、文字表達等各方面的能力都得到了很好的鍛煉和培養(yǎng)。 復(fù)合模經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，其結(jié)構(gòu)合理，動作正確可靠，成形件質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，安裝調(diào)整方便，具有很好的技術(shù)經(jīng)濟效益。其結(jié)構(gòu)可為同類零件的生產(chǎn)起到一定的借鑒作用。 謝辭 在這里非常感謝老師的耐心指導(dǎo)和全力的支持。盡管是在畢業(yè)這一繁忙時期，老師還是力爭把我們畢業(yè)設(shè)計所需的設(shè)備提供到位，并耐心地指導(dǎo)我們按質(zhì)按量的完成畢業(yè)設(shè)計。在今后的學(xué)習和工作中，會把從他們身上學(xué)到的東西運用到自己的學(xué)習和工作中去，尤其是他們的科學(xué)研究方法、嚴謹治學(xué)態(tài)度，會對我們今后的發(fā)展起到很好的啟發(fā)和指導(dǎo)作用。 參考文獻 ［1］李建軍，李德群.模具設(shè)計基礎(chǔ)及模具CAD[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005 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