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黃河科技學院畢業(yè)設計（論文）文獻翻譯 第 6 頁
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學 號
分 類 號
密 級
XX大學
畢業(yè)設計
文獻翻譯
院（系）名稱 工學院機械系
專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程
學 生 姓 名
指 導 教 師
20xx年03月10日
高速加工和現代模具制造
一、概述
1．目前模具制造的發(fā)展現狀和趨勢
模具作為重要的工藝裝備，在消費品、電器電子、汽車、飛機制造等工業(yè)部門中，占有舉足輕重的地 位。工業(yè)產品零件粗加工的 75%，精加工的 50%及塑料零件的 90%將由模具完成。目前中國模具市場需求 已達 500 億元之規(guī)模。汽車模具、特別是覆蓋件模具年增長速度將超過 20 %；建材模具也迅速發(fā)展， 各種異型材模具、墻面和地面模具成為模具的新增長點，今后幾年塑料門窗和塑料排水管增長將超過 30 %；家電模具年增長速度將超過 10 %；IT 業(yè)年均增長速度超過 20 % ，對模具的需求占模具 市場的 20 %。 2004 年中國機床工具工業(yè)產值將繼續(xù)增長。 我國模具制造市場潛力巨大。 根據資料統(tǒng)計， 近年來，我國模具的年總產值達到 30 億美元，進口超過 10 億美元，出口超過 1 億美元。增長從 1995 年的 25% 增加到 2005 年的 50%。國外專家預言：亞洲在全球模具制造中占據的份額，將從 1995 年的 25%增加 至 2005 年的 50%。
中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，形成了華東和華南兩大基地，并且逐漸擴大到其他省份。(山東,安徽,四川) 1996 年～2002 年，模具制造業(yè)產值年平均增長 14%，2003 年增長 25%。2003 年我國模具產值為 450 億人 民幣?？偖a量位居世界第 3，出口模具 3.368 億美元，比上年增長 33.5%。但是，我國技術含量低的模具已 供過于求，精密、復雜的高檔模具很大部分依靠進口。每年進口模具超過 10 億美元。出口超過 1 億美元精 密模具精度要求在 2～3μ m,大型模具需要滿足 8000kN 合模力注塑機的要求;小型模具需滿足直徑 1mm 塑料管的要求。目前，采用高速切削生產模具已經成為模具制造的大趨勢，在國外一些模具生產廠家，高 速機床大面積取代電火花機床，高速切削大大提高了模具生產效率。機床企業(yè)瞄準模具生產企業(yè)，有的加 工中心生產廠機床的 60%以上賣給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國外的模具制造 企業(yè)已經普遍采用，高速切削生產模具已經成為逐漸模具制造的大趨勢，大大提高了模具生產效率和質量。 采用高速切削替代電火花生產模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長。
2．高速加工在模具制造中的應用
2．1 高速切削的優(yōu)點：
1）刀具的高轉速和機床的高進給以及高加速度，大大提高金屬切除率；
2) 高速切削減小切削力；
3）高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少；
4）高速切削減少振動，提高加工質量；
2．2 高速加工應用于模具加工的效益
1）快速粗加工和半精加工，提高加工效率；
2) 高速高精度精加工硬切削代替光整加工， 表明質量高， 形狀精度提高， EDM 加工提高效率 50%， 比 減少手工修磨；
3）硬切削加工最后成型表面， 提高表面質量、 形狀精度， (不僅是表面粗糙度低， 而且表面光亮度高)， 用于復雜表面的加工更具優(yōu)勢；
4）避免 EDM 加工產生的表面損傷，提高模具壽命 20%；
5) 結合 CAD/CAM 技術快速加工電極，特別是形狀復雜、薄壁類電極。
3． 采用高速切削加工模具需要解決的問題
在國內，由于資金、技術等方面的原因，應用高速切削生產模具還處于初期階段。 還存在機床、刀具、 工藝以及其他方面的一些問題需要逐步解決。 缺點是加工成本高，對刀具的使用有較高的要求，不能使用 過大的刀具，要有復雜的計算機編程技術做支持，設備運行成本高。
二、 加工模具的高速加工機床
模具精加工和硬切削加工需要數控高速機床,模板、模架加工需要精密、高效數控機床等。許多機床企 業(yè)瞄準模具生產，有的加工中心生產廠機床的 60%以上賣給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有 50 億元的6固定資產投入，其中 80%是購買模具加工設備，也就是說每年有 40 億元人民幣要購買金切機床。目前我國 數控機床的平均利用率大約 20%，高速機床的利用率 3～5%。模具企業(yè)也有相當的單位購買高速機床，從 6000～40000rmp 的都有。
1．高速機床的技術參數要求 加工中心主軸大功率、高轉速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機床一般要達到 15000～ 20000rmp。通常主軸轉速在 10000rpm 以下的機床可以進行粗加工和半精加工，達不到精加工的精度；無法 達到 400m/min 以上的切削速度。
2． 五軸機床的應用增加趨勢
1）加工路線靈活，表面形狀復雜；
2)加工范圍大，適合多種類型模具加工；
3)切削條件好，減少刀具磨損，提高刀具壽命；
3. 購買 CAD/CAM 軟件和高速機床配套 據統(tǒng)計，每年有幾十億美元用于進口機床，大部分電加工機床和高速機床需要進口。
三、高速切削模具的刀具技術
高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進展促使了高速加工的發(fā)展。硬質 合金涂層刀具、聚晶增強陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼 (PCBN)刀片,其硬度可達 3500～4500HV。聚晶金剛石(PCD)其硬度可達 6000～10000HV。近年來德國 SCS、 日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國肯納飛碩等國外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀 具，不僅有高速切削普通結構鋼的刀具,還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具 異軍突起,在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術的出現已經使高速加工 上的瓶頸問題不再會出現在刀具上。
但是，進口刀具的昂貴價格也阻礙高速切削模具的重要因素。
一般來說,刀具以及刀夾的加速度達到 3g 以上，刀具的徑向跳動要小于 0.015mm，而刀的長度不能大于 4 倍的刀具直徑。根據 SANDVIK 公司的實際統(tǒng)計，在使用碳氮化鈦(TICN)涂層的整體硬質合金立銑刀 (58HRC)進行高速銑削時,粗加工刀具線速度約為 100m/min,而精加工和超精加工時,其線速度超過了 280m/min。這樣對刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性(高溫狀態(tài)下保持切削性能))、刀具的形狀(包括排屑 性能、表面精度、動平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。根據國內模具高速精加工的經驗，采用小直 徑球頭銑刀進行模具精加工時，線速度超過了 400～800m/min。選擇足夠高速度的機床硬切削模具精加工。 Delcam 采用 0.8mm 直徑的刀具加工窄槽，轉速 40000rpm，0.1mm 深度，進給速度 30m/min。.
1． 選擇刀具參數，如負前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能 力強；
2. 采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。
3． 采用高速刀柄，目前應用最多的是 HSK 刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體動平衡；
4． 當前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術方面已經做了很多工作，面向加工的刀具服務會幫助解 決很多問題，刀具生產廠家成為主體，參考刀具生產廠家提供的技術參數。
四、 提高高速切削模具效率的工藝技術
1． 刀具直徑和長度的選擇
2． HSM 和 EDM 的選擇
3． 干切削和潤滑冷卻
4． 進給選擇：通常進給量< 銑刀直徑 10%，進給寬度< 銑刀直徑 40%。
根據材料情況合理選擇加工工藝參數
國外高速銑削加工零件材料質量較，材料質量標準相同,加工性能比較穩(wěn)定；而國外公司生產的刀具也 是以他們的材料標準做試驗；推薦的加工參數一般比較適合他們的標準，如果使用他們的刀具，與國內的 零件材質有一定的區(qū)別,在高速銑削時,這種差別表現得較為明顯，有些參數可以直接應用，但有些效果就比 較差。而國內企業(yè)一般選用零件材質有一定的標準,所使用的零件材料，特別是能用高速加工的零件材質，一般會局限在某些零件材料范圍內,這對我們應用高速加工技術也提供了有利的條件，會在較少的加工材料 范圍內應用。這里要強調的是，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數，并且納 入企業(yè)標準。選用國產刀具,很少有推薦高速銑削的技術參數的,有必要做試驗,取得比較滿意的參數,最好選 用固定的刀具生產廠家,減少試驗的次數,形成加工技術標準,這樣可以提高設備有效利用率,降低生產成本,可 以取得較好的經濟效益。
五、 高速切削的加工刀具路徑和編程
1） 平面進給路徑選擇
2） 輪廓加工路徑選擇
3） 保持切削載荷平穩(wěn)
4） 保持相對平穩(wěn)的進給量和進給速度
5） 在平面切削中保持園拐角
6） 合理選擇精加工余量
HSC 精加工對 CAM 的編程要求：1）盡量避免拐角的銑削運動；2）盡量避免工件外的進刀與退刀運 動，直接從輪廓進入下一個深度?；蛘卟捎寐菪€或斜向進給切入； 3）恒定每刃進給，提高質量，延長刀具壽命；4）輪廓加工保持在水平面上等。高速切削 CAM 軟件： Delcam 公司幾年前就開始了高速切削加工編程技術的研究，開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；最近， MasterCAM 公司也開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊；國內北航海爾也在開發(fā)高速切削自動編程軟件模 塊；
六、 高速機床數控系統(tǒng)的特點
1） 高速數據處理
2） 拐角預測處理
3） NURBS 非有理樣條插補曲線加工
高速切削模具的安全問題 ：
1)刀具磨損和破壞的監(jiān)測；
2) 刀片連接的強度；
3) 和普通機床加工不同，安全防護和開機前對機床和刀具的嚴格檢查非常重要。
七、 目前我國在采用高速加工模具技術中存在的問題
1． 機床
1） 國產高速機床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求。包括電主軸的功率和轉速，進 口機床價格高；
2） 機床的高速下動態(tài)特性研究還不夠，因而影響整機的性能；
3） 五軸機床還不夠成熟，進口機床價格太高；
4） 配套技術和設備還不完全。
2． 刀具：
1） 國產刀具還不能夠適應高速切削的應用，特別是高速硬切削光整加工。進口刀具價格高。刀具技 術是影響高速切削加工模具的一個重要因素。
2） 配套技術還不夠，包括刀柄、成套在線動平衡等。
3． 高速模具加工工藝技術及實驗
1） 由于高速加工模具的歷史比較短，缺乏應用經驗積累；
2） 對高速切削工藝研究比較少，投入不夠，立項比較困難；
3） 缺少高速切削數據庫或手冊，目前還是空白；
4） 模具生產廠家對高速切削的認識不夠，缺乏長期效益的分析對比；
4． 缺乏高速切削自動編程軟件；
5． 缺乏五軸聯動高速切削自動編程 CAM 軟件。
結束語
模具市場對高速加工有強烈需求，但是技術跟不上。起步晚，基礎較差，整體技術水平不高，發(fā)展緩 慢。需要各個方面協調發(fā)展，產學研結合，加大投入，綜合利用各個方面力量推動高速切削在模具制造中 的應用。我們希望，通過各方面的努力，在市場需求的推動下，通過技術進步，像汽車、機床、家電一樣， 在不遠的將來，我國不但要成為模具生產大國，而且要成為模具生產強國。
參考文獻
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2、 許鶴峰，數字化模具制造技術，北京：化學工業(yè)出版社，2001.
3、趙波.模具加工的前沿技術——高速加工.模具技術，2000，(2)
4、 張海鷗.快速模具制造技術的現狀及其發(fā)展趨勢.模具技術，2000，(6)
5、郭東明.王曉明.面向快速制造的特種加工技術.中國機械工程，2000，(11)9
黃河科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 39 頁
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學 號
分 類 號
密 級
XX大學
畢業(yè)設計說明書
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設計
院（系）名稱 工學院機械系
專 業(yè) 名 稱 材料成型及控制工程
學 生 姓 名
指 導 教 師
20xx年 05 月 10 日
消聲器前蓋沖壓工藝及其模具設計
摘 要
本設計分析消音器前蓋沖壓工藝, 確定工藝方案及模具結構, 論述了級進模的設計過程, 同時還介紹了模具關鍵部位的結構設計，如：凸模、凹模、凸模固定板、墊板、卸料板、彈簧、擋料銷、導正銷等。模架采用標準模架，選用了合適的沖壓設備。設計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算, 實踐證明:模具結構合理,生產的零件符合要求。
關鍵詞：級進模，浮頂裝置，沖孔，拉伸，翻孔，落料
The front cover of the muffler stamping process analysis and mold design
Abstract
This project analysis damper front cover ramming craft, the definite craft plan and the mold structure, elaborated the level to enter mold's design process, meanwhile introduced the mold essential spot structural design, for example: The plunger, the lower die, the plunger dead plate, the backing strip, unload the yard lumber, the spring, to keep off the material to sell, to lead are selling and so on. The pould frame uses the standard pould frame, has selected the appropriate ramming equipment. In the design carried on the essential examination computation to the work components and the press specification, the practice had proven: The mold structure is reasonable, the production components meet the requirement.
Keywords : Progressive dies, Floating roof device, Punching, Stretching, Plunge, Cut
目 錄
1 緒 論.....................................................................................................................................1
1.1 沖壓模具市場情況........................................................................................................1
1.2 沖壓模具水平狀況..........................................................................................................2
1.2.1 模具CAD/CAM技術狀況......................................................................................3
1.2.2 模具設計與制造能力狀況..................................................................................4
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況........................................................................................5
1.3 沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望..................................................................................5
1.3.1 沖壓模具產品發(fā)展重點.........................................................................................5
1.3.2 沖壓模具技術發(fā)展重點.........................................................................................5
2 沖壓件工藝分析.....................................................................................................................7
2.1 沖壓件材料分析..............................................................................................................7
2.2 沖壓件結構工藝性及分析..............................................................................................7
2.3 模具結構形式和選材......................................................................................................9
2.3.1模具結構形式........................................................................................................9
2.3.2模具材料選擇........................................................................................................9
3 沖壓工藝方案的確定...........................................................................................................11
4 工 藝 計 算.........................................................................................................................12
4.1拉伸件展開尺寸計算.....................................................................................................12
4.2材料的規(guī)格的選擇.........................................................................................................13
4.3排樣圖的設計與材料利用率的計算.............................................................................13
4.3.1排樣圖的設計......................................................................................................13
4.3.2 材料利用率的計算.............................................................................................17
4.4沖壓工藝力的計算.........................................................................................................17
4.4.1沖裁力..................................................................................................................17
4.4.2拉伸部分的拉伸力計算......................................................................................19
4.4.3卸料力及推件力的計算......................................................................................19
5 模具主要零件設計與選擇...................................................................................................22
5.1圓形凸模的設計.............................................................................................................22
5.1.1 凸模長度計算…………………………………………………………………………...23
5.1.2 承壓應力校驗…………………………………………………………………………...23
5.1.3 抗縱向彎曲應力的校核……………………………………………………………….24
5.1.4 圓形凸模固定端面的壓力……………………………………………………………25
5.2 切斷凸模設計……………………………………………………………………………………25
5.2.1凸模承壓力校核………………………………………………………………………….26
5.2.2 抗縱向彎曲應力的校核……………………………………………………………….26
5.2.3 切斷凸模固定端面的壓力.................................................................................25
5.3 拉伸凸模設計................................................................................................................27
5.3.1 拉伸凸、凹模圓角半徑及工作部分深度的確定.............................................29
5.3.2 凸、凹模間隙.....................................................................................................29
5.3.3 落料口大小的確定.............................................................................................29
5.4 凹模的設計....................................................................................................................29
5.4.1 凹?？卓谛问郊爸饕獏?................................................................................29
5.4.2整體式凹模外形尺寸的確定..............................................................................30
5.4.3 凹模強度校核.....................................................................................................32
5.5 彈簧的設計....................................................................................................................32
5.5.1設計彈簧的一般步驟..........................................................................................32
5.5.2彈簧類型的選擇..................................................................................................33
5.5.3彈簧材料及許用應力..........................................................................................33
5.5.4 彈簧相關幾何尺寸的計算................................................................................35
5.5.5拉伸彈簧鉤環(huán)強度驗算……………………………………………………………….37
5.6凸模固定板的選擇........................................................................................................38
5.7 凸模墊板的選擇...........................................................................................................38
6 確定凸、凹模間隙及計算工作部分尺寸……………………………………………………….39
6.1沖裁間隙值的確定.........................................................................................................39
6.2 凹、凸模刃口尺寸計算................................................................................................39
6.2.1確定凹凸刃口尺寸的原則..................................................................................39
6.2.2沖裁模刃口尺寸的計算方法..............................................................................39
6.2.3沖裁模刃口尺寸的計算......................................................................................40
7 模具總體設計.......................................................................................................................43
7.1 定位零件的設計與選擇................................................................................................43
7.1.1 擋料銷的選擇.....................................................................................................43
7.1.2 定位板的設計.....................................................................................................44
7.1.3 止退塊的設計.....................................................................................................44
7.1.4 導料板的設計.....................................................................................................44
7.1.5 導正銷的設計.....................................................................................................45
7.2 卸料裝置的設計............................................................................................................45
7.2.1 卸料板的設計.....................................................................................................45
7.2.2 卸料彈簧的選擇.................................................................................................48
7.2.3 卸料彈簧有關尺寸計算.....................................................................................49
7.2.4 卸料彈簧的窩座深度H和安裝厚度B.............................................................50
7.2.5 安裝孔內徑和孔底厚度h值的選取............................................................51
7.3凸模固定板的設計.........................................................................................................52
7.4導向零件的選用.............................................................................................................52
7.5 模架的選用....................................................................................................................53
8 沖壓設備的選擇...................................................................................................................55
8.1沖壓設備類型的選擇.....................................................................................................55
8.2確定設備的規(guī)格.............................................................................................................55
9 繪制模具圖與撰寫說明書...................................................................................................57
9.1裝配圖的繪制.................................................................................................................57
結 論.......................................................................................................................................58
致 謝.......................................................................................................................................60
參考文獻...................................................................................................................................61
1 緒 論
改革開放，隨著國民經濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現已有幾千家。在走過了漫長的發(fā)展道路之后，目前我國已形成了300多億元（未包括港、澳、臺的統(tǒng)計數字）各類沖壓模具的生產能力。雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。
1.1 沖壓模具市場情況
我國沖壓模具無論在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場競爭激烈。
現摘錄中國模具工業(yè)協會發(fā)布的統(tǒng)計材料《2007年我國沖壓模具市場情況簡介》如下：據國家統(tǒng)計局數據顯示：2007年1-12月全國模具產量達8,944,677.44套，同比增長6.53%；2007年1-12月全國模具年銷售額達870億元人民幣以上，同比增長21%?？梢哉f2007年的模具行業(yè)是產需兩旺。
另據中國海關數據顯示：2007年我國模具進出口總額為34.66億美元，比2006年增長12.24%。其中進口總額為20.53億美元，比2006年增長0.29%；出口總額為14.13億美元，比2006年增長35.73%。出口繼續(xù)保持強勁的上升趨勢，逆差進一步下降，總的情況良好。
據專家預測，2008年在國家宏觀調控下，國民經濟發(fā)展仍將保持高速增長，國內外模具市場繼續(xù)看好，預計2008年模具行業(yè)的發(fā)展仍會保持20%左右的增長率。
近年來，中國經濟的高速發(fā)展為模具工業(yè)發(fā)展提供了巨大動力。近10年來，中國模具工業(yè)增長速度保持在15%以上；生產廠2萬余家，從業(yè)人員50多萬人，年產值達450億元以上。另外，結構調整步伐加快，大型、精密、復雜、長壽命模具和模具標準件發(fā)展速度高于行業(yè)總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場的專業(yè)模具廠家數量及能力快速增加。
從區(qū)域市場分析，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方；珠江三角和長江三角地區(qū)生產集中，發(fā)展速度快，其模具產值約占全國產值的2/3以上。
從未來發(fā)展趨勢分析，產品結構調整將加快，針對低檔模具供過于求，大型、精密、復雜的模具供不應求的情況，高檔模具的比重將增加，行業(yè)將向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發(fā)展。我國模具行業(yè)的國際競爭力優(yōu)勢中，勞動力價格低優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮。我們認為未來重點發(fā)展的產品包括：汽車覆蓋件模具、精密沖壓模具、大型塑料模具、精密塑料模具、大型薄壁精密復雜壓鑄模和鎂合金壓鑄模具、子午線橡膠輪胎模具、新型快速經濟模具、多功能復合模具、模具標準件等。就企業(yè)發(fā)展方面分析，采用數控技術、快速原型技術、高速切削和超精加工等高新技術，進一步提升模具工業(yè)的設計制造水平將是未來企業(yè)改造重點，也是未來企業(yè)發(fā)展的關鍵驅動因素。另外，國際市場將被企業(yè)看重，因為全球模具市場整體供不應求，市場需求量維持在600億至650億美元。
從應用趨勢方面分析，受用戶要求模具的生產周期縮短影響；快速經濟模具的開發(fā)將被重視，模具標準件的應用將日漸廣泛，且采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模裝置技術也會得到發(fā)展和提高。 ?
另外，隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發(fā)展，壓鑄模的數量、壽命和復雜程度要求將更高；隨著以塑料代鋼、以塑代木的發(fā)展和產品零件的精度和復雜程度的不斷提高，塑料模的比例、精度和復雜度也將隨著相應提高。
1.2 沖壓模具水平狀況
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到1~2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。
1.2.1 模具CAD/CAM技術狀況
我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。
21世紀開始CAD/CAM技術逐漸普及，現在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。
模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現二維CAD，多數企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數化設計也開始走向少數模具廠家技術開發(fā)的領域。
在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到成功應用，產生了良好的效益。
快速原型(RP)與傳統(tǒng)的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現了以三維CAD模型作為制模依據的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著RPM應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。
1.2.2 模具設計與制造能力狀況
在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。
雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。
標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。
汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。
模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。
1.2.3 專業(yè)化程度及分布狀況
我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產自配比例過高。國外模具自產自配比例一般為30%，我國沖壓模具自產自配比例為60%。這就對專業(yè)化產生了很多不利影響?，F在，技術要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產能力的分布基本上跟隨沖壓件生產能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。
1.3沖壓模具未來的發(fā)展重點與展望
1.3.1 沖壓模具產品發(fā)展重點
沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進模和精沖模。這些模具現在產需矛盾大，發(fā)展前景好。
汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。
1.3.2 沖壓模具技術發(fā)展重點
模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具CAD、CAM技術應向宜人化、集成化、智能化和網絡化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統(tǒng)專用化程度。
為了提高CAD、CAE、CAM技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統(tǒng)和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產供應也是沖壓模具技術發(fā)展重點之一。 為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。對于模具數字化制造、系統(tǒng)集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。畢業(yè)設計（論文）是本科教學計劃的一個重要環(huán)節(jié)，是落實本科教育培養(yǎng)目標的重要組成部分，其主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，理論聯系實際，獨立分析、解決問題，使學生在科研選題、調查研究、檢查和查閱中外文獻資料、綜合分析、實驗設計及研究、計算、數據處理、文字表達等方面的能力得到綜合訓練，進而鞏固和加深所學的專業(yè)知識，提升學生全面素質。近年來，制造業(yè)在科學發(fā)展觀的指引下邁入了新的發(fā)展階段，其中沖壓加工和模具技術更有顯著的進步。本人在綜合考慮了今后的工作和發(fā)展方向后，在這次畢業(yè)設計中選取了沖孔、拉伸、翻孔、切斷這一典型的級進模結構進行設計，以鞏固自己的專業(yè)知識。
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2沖壓件工藝分析
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性,即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
2.1 沖壓件材料分析
該零件的材料為08F，該鋼種是優(yōu)質碳素鋼，碳的質量百分數是0.05%～0.11％，屬于低炭鋼，屈服點=175MPa，抗拉強度=295MPa，延伸率不小于35％，斷面收縮率不小于60％，具有良好的沖壓、拉伸、彎曲、焊接性能，故廣泛用于制造冷沖壓零件。（參考文獻[7] 表8.4）
2.2 沖壓件結構工藝性及分析
沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結構簡單，也無復雜形狀的曲線。
沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當的圓角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。工件圖如圖1.1所示：
圖1.1
零件最大寬度70 mm, 最大高度7. 5 mm, 最大長度160 mm。經分析,確定成形工序為拉深、沖孔、翻孔、落料。由于工序多, 為保證沖壓精度, 采用單側進行合理設計才能保證零件精度及質量。刃定距,導柱導套導向裝置。模具內設計氣孔,以便卸下工件, 采用壓邊限位裝置。翻孔時沿沖孔反方向進行,使毛刺位于翻孔內以減小開裂,同時凸模與凹模之間的間隙略小于材料厚度, 保證翻孔凸緣挺直。沖件上的孔與孔、孔與邊緣之間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過簿或因材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔與孔最小間距：3.1t，孔邊距取：對圓孔為（1~1.5）t。沖裁件的精度要求，應在經濟精度以內，對于該制件為普通沖裁件，其經濟精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁件的尺寸精度以不高于ITl2級為宜。如無特殊要求，外形尺寸精度應低于ITl0級，內形尺寸精度應低于IT9級。對精度要求高于ITl0級的沖裁件，應在模具結構設計方面采取措施，若提高定位精度，采用彈壓卸料頂件裝置，提高模具制造精度或采用精沖技術等。零件圖上要求公差為IT12級。沖裁件的斷面質量是不高的，材料厚度和硬度的影響尤甚。通常材料厚度t＜1mm的零件，斷面粗糙度可達Ra=3.2m；t＞1mm的零件，斷面粗糙度將高Ra=6.3m。（參考文獻[5] ）
2.3 模具結構形式和選材
2.3.1模具結構形式
該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料。采用多工序級進模，結構緊湊，沖
出的制件精度高，生產效率也高，適合大批量生產。采用自動送料，自動卸料，采用彈性卸料裝置，具有壓料作用，沖裁質量較好，模具精度應比沖裁件精度高2~3級，不應高太多，以免增加制造成本。
2.3.2模具材料選擇
冷沖壓模具的成本分析 在冷沖壓模具設計中，常常要提到模具成本問題，即經濟性。所謂經濟性，就是以最小的耗費取得最大的經濟效果。在沖壓生產中，既要保證產品質量，完成所需的產品數量，又要降低模具的制造費用．這樣才能使整個冷沖壓的成本得到降低。
在模具設計中主要考慮的問題是如何降低模具的制造成本。因為產品的成本不僅與材料費(包括原材料費、外購件費)、加工費(包括工人工資、能源消耗、設備折舊費、車間經費等)有關，而且與模具費有關。一副模具少則幾萬，多則上百萬。所以必須采取有效措施降低制造成本。
模具費在工件制造成本中占有一定比例。對于小批量生產，采用簡易模具。因其結構簡單、制造快速、價廉，所以能降低模具費，從而降低工件制造成本。在大批大量生產中．應盡量采用高效率、長壽命的級進沖模及發(fā)展硬質合金沖模。硬質合金沖模的刀磨壽命和總壽命比鋼模具大得多?？倝勖鼮殇撃＞叩?0~40倍，而模具制造費用僅為鋼模具的2~4倍。而對中批量生產，首先應盡量使沖模標準化，大力發(fā)展沖模標準件的品種，推廣沖模典型結構，最大限度地縮短沖模設計與制造周期。制造中、小型冷沖壓模具的材料有鑄鐵、碳素工具鋼、合金工具鋼、硬質合金、鋼結硬質合金以及鋅合金、低熔點合金、環(huán)氧樹脂、聚氨脂橡等。沖模主要零件所使用的模具鋼有碳素工具 鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻工具鋼、高碳中鉻工具鋼、硬質合金及鋼結硬質合金等。
凸模和凹模是在強壓、連續(xù)使用和有很大沖擊的條件下工作的，并伴隨有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐有溫度的升高，工件條件極其惡劣。所以對凸模、凹模和材料要求有好的耐磨性、耐沖擊性、淬透性和切削性，硬度很大，熱處理變形小，而且價格低廉。設計模具時，合理選取模具材料是關系到模具壽命和成本的一項重要工作。沖模的主要零件——凸模、凹模和凸凹模等材料的選取尤應慎重．通常應考慮如下幾點：
（1）根據沖壓件生產批量的大小來選取模具材料。當沖壓件的生產批量很大時，凸模、凹模和凸凹模應選取質量高、耐磨性好的模具鋼。例如C r12MoV、Cr4W2MoV、YGl5等。
（2）根據被沖壓材料的性能、工序性質和沖模主要零件工作條件和作用來選取模具材料。
（3）應考慮模具材料的冷、熱加工性能和工廠現有條件。
（4）應考慮我國模具鋼的生產和使用情況。
對于該制件主要工序為：拉深、沖孔、翻孔、落料，且要求大批量生產，所以模具材料應采用質量較高，能保證耐用度的材料。故凹、凸?？梢赃x擇高碳高鉻工具鋼Cr12MoV，熱處理硬度：60~62HRC。
3 沖壓工藝方案的確定
工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數、工序的組合和工序的順序安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
級進模是在壓力機的一次行程中，一副模具的不同位置上完成多個不同的工序。根據對零件進行分析,綜合考慮材料利用率,工藝合理性及模具結構簡易等,
工序安排: ①沖切口; ②空位; ③拉深; ④反拉深; ⑤沖孔; ⑥翻孔; ⑦落料。
工位數的確定：
（1）應保證沖件的精度要求和零件幾何形狀的正確性。對要求零件精度比較高的
部位，應盡量集中在一個工位上一次沖壓完成。在一個工位完成確實有困難，需分解為兩個或多個工位時，最好放在相鄰的工位上。
（2）對于復雜的形孔和外形分斷切除時，只要不受精度要求和模具周邊尺寸的限
制，應力求做到各段形孔以簡單、規(guī)則、容易加工為基本原則。
（3）在普通低速壓力機上沖壓的級進模，為了使模具簡單、實用縮小模具體積、
減少步距的積累誤差，凡是能合并的工位，只要模具自身有足夠的強度，就不要輕易分解，增加工位。
空工位的設置原則：
（1）用導正銷做精確定具的條料，可適當增加空位，因步距積累誤差較小，對產品精度影響不大。反之，定距精度差的，不應輕易增設空工位。
（2）當模具步距較大（一般步距大于16mm）時，不宜多設置空工位。步距大于30mm以上時，更不能輕易設置多個空工位。
（3）一般來說，精度高、形狀復雜的零件，應少設置空工位。反之，可適當增加空工位。（參考文獻[1] ）
4 工 藝 計 算
4.1拉伸件展開尺寸計算
板料、帶料拉伸時，材料往拉伸力較大的區(qū)域流動。移動過程中，材料壁厚也會相應改變，故拉伸件的展開計算應遵循體積不變原則進行，
由于該工件近似橢圓臺，呈盒形，根據表面積相等原理，可近似計算毛坯面積為：
由對工件分析可取，，取修邊余量
則 。
因為該工件四周的變形區(qū)基本相等，變形量也相近，則毛坯尺寸為：
毛坯的長度
毛坯的寬度
毛坯的圓角半徑
由求得：
故： L=160mm
B=80mm
毛坯的展開形狀如圖3.2。
圖3.2 毛坯展開形狀圖
4.2材料的規(guī)格的選擇
沖壓生產中使用的材料相當廣泛。有金屬材料和非金屬材料，大部分都是各種規(guī)格的板料、帶料、條料和塊料。
板料是沖壓生產中應用最廣的材料，適合于成批生產。其尺寸規(guī)格按國家標準
定，采用標準規(guī)格板料可能會增加余料，使材料利用率降低。
帶料（卷料）用于大批量生產。帶料的寬度一般在300mm以下，根據材料的不
同，有不同的寬度尺寸，長度可達幾米到幾十米，有的薄材料可達數百米。
條料是根據沖壓件的需要，由板料剪切而成，用于中小型零件的沖壓。
塊料適用于單件小批量生產和價值昂貴的有色金屬的沖壓。
根據生產要求和工藝性，選擇切邊帶料。（參考文獻[4] ）
4.3排樣圖的設計與材料利用率的計算
4.3.1排樣圖的設計
（一）排樣分析
排樣指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。排樣是否合理，對材料利用率的大小有直接影響。還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。
沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產生的廢料，可分為兩種情況：
（1）結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結
構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
（2）工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，