676 止動(dòng)板零件沖壓成形工藝及沖裁模具設(shè)計(jì)【全套17張CAD圖】
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開題報(bào)告
題目名稱
止動(dòng)件沖壓模具設(shè)計(jì)及工藝分析
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
一．選題的目的和意義：
沖壓模具在實(shí)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(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)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(dòng)送料技術(shù)也投入到實(shí)際的生產(chǎn)中，沖壓模具可以大大的提高勞動(dòng)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(jià)值。
本文提出采用模具來生產(chǎn)止動(dòng)件的新工藝，并針對(duì)某規(guī)格夾具止動(dòng)件設(shè)計(jì)了復(fù)合模。該模具設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位方案設(shè)計(jì)、卸料方式的設(shè)計(jì)、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(jì)工作，這些設(shè)計(jì)可為類似的零件模具設(shè)計(jì)提供現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。此次模具設(shè)計(jì)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(zhǎng)、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(jì)提供了可靠的依據(jù)。
本文介紹的模具實(shí)例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，使用方便可靠，對(duì)類似工件的大批量生產(chǎn)具有一定的參考作用。
二．國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)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(shí)美國(guó)的沖壓技術(shù)走在最前列，而瑞士的精沖、德國(guó)的冷擠壓技術(shù)、蘇聯(lián)對(duì)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(guó)的具有悠久的歷史。半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)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(guó)對(duì)沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。但是總體上說，我國(guó)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(zhǎng)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(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)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(guó)外還存在一定的差距。我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代才起步，長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(shí)用性。
（3）沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化：研制自動(dòng)送、退料裝置，多工位自動(dòng)壓力機(jī)，自動(dòng)生產(chǎn)線，帶自動(dòng)保護(hù)的監(jiān)視和檢測(cè)裝置等，這是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，就是用電子計(jì)算機(jī)作為信息處理手段，進(jìn)行最佳判斷、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助制造，就是生產(chǎn)人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)模具制造實(shí)行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計(jì)與制造聯(lián)成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是向自動(dòng)化發(fā)展的有效途徑，對(duì)提高模具設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理將起巨大的作用。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)，首先應(yīng)該深入學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、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(shí)，理論的掌握是實(shí)踐的基礎(chǔ)。同時(shí)應(yīng)該對(duì)所設(shè)計(jì)的冷沖模具的對(duì)象止動(dòng)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(duì)所涉及的沖壓件進(jìn)行三維實(shí)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(jì)的周期，也確保了產(chǎn)品的質(zhì)量[9]。把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)運(yùn)用到了冷沖壓模具設(shè)計(jì)的實(shí)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(duì)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(jì)過 程是和生產(chǎn)實(shí)際分不開的。所以設(shè)計(jì)的方法是要在深入學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、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(shí)，發(fā)揮Solidworks這一三維設(shè)計(jì)軟件在模具設(shè)計(jì)與制造中的作用同時(shí)，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(shí)際，實(shí)踐推動(dòng)理論的研究方法進(jìn)行有效方法進(jìn)行止動(dòng)件的沖裁模、彎曲模和成形模的設(shè)計(jì)工作。
模具設(shè)計(jì)者進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該根據(jù)所收集到的設(shè)計(jì)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(jì)。
冷沖模具的一般設(shè)計(jì)路線為[11]：
（1) 分析整理技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)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(jì)及必要的工藝計(jì)算。
（4）進(jìn)行沖模的總體設(shè)計(jì)。
（5）模具主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（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(jì)計(jì)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(cè)）[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(jì)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(jì)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(guó)輕工模具網(wǎng).www.mouldscity.com
[7]徐煒炯.冷沖壓技術(shù)問答（上冊(cè)）[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(guó)化工報(bào).2007-4-4.
[9]殷國(guó)富. Solidworks 2004模設(shè)計(jì)實(shí)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(jì)中的工序安排與典型實(shí)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(jì)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(jì)（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(bào)告，
第8周 開題報(bào)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(dòng)件的模具及三維型設(shè)計(jì)相關(guān)。
第12-16周 周根據(jù)擬定的課題實(shí)施方案，進(jìn)行深入研究；撰寫并提交畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàng)檢查；
第18周 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)修改，完成答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定工作。
六、指導(dǎo)教師審批意見（對(duì)選題的可行性、研究方法、進(jìn)度安排作出評(píng)價(jià)，對(duì)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(jì)及其熱分析
摘要
本文主要介紹一個(gè)生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣件的注射模具設(shè)計(jì)并進(jìn)行熱分析以助于了解殘余熱應(yīng)力對(duì)模具的影響。提出了設(shè)計(jì)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(jì)部分可以利用裝在一般的商業(yè)電腦上的設(shè)計(jì)軟件Unigrafics，版本13.0來完成。對(duì)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(gè)商業(yè)的有限元分析軟件LUSAS Analyst, 版本13.5進(jìn)行模擬。這個(gè)軟件用輪廓繪圖模擬溫度分布情況以及繪制時(shí)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(dòng)情況。結(jié)果顯示，相對(duì)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(jì) 熱分析
1.簡(jiǎn)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(gè)循環(huán)過程?？煞譃樘盍?、注射、冷卻、脫模四個(gè)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(gè)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(gè)循環(huán)[4]。
需要注塑成型的塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造與預(yù)期性能是要靠經(jīng)驗(yàn)控制的一個(gè)昂貴的過程，包括實(shí)際對(duì)封面壓花的修改。在模具設(shè)計(jì)之中，設(shè)計(jì)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(jì)模具時(shí)必須考慮到許多重要設(shè)計(jì)系數(shù)。?這些因素是模具的大小，型腔的個(gè)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(duì)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?yàn)樗牡蛯?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(huì)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(gè)溫差會(huì)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(huì)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(duì)其造成的變形可以預(yù)先模擬。
在本文中注塑模的設(shè)計(jì)是為了產(chǎn)生翹曲的測(cè)試樣本和能對(duì)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(cè)試標(biāo)本的設(shè)計(jì)
這個(gè)部分說明用于注塑模的翹曲測(cè)試的標(biāo)本設(shè)計(jì)。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(cè)試樣本是薄壁注塑零件。樣本的總體尺寸是長(zhǎng)120mm、寬50mm、厚1mm。為導(dǎo)致翹曲，測(cè)試標(biāo)本所用的材料是丙烯腈丁鄰二烯 (ABS)，射入溫度、時(shí)間和壓力分別為210℃， 3 s和60MPa。圖1顯示翹曲測(cè)試樣本。
2.2. 為翹曲測(cè)試樣本設(shè)計(jì)注塑模具
這個(gè)部分描述在設(shè)計(jì)模具和介入設(shè)計(jì)的其他考慮因素方面導(dǎo)致翹曲的測(cè)試樣本。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI 1050碳鋼。在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以考慮以下四種類型：
?????????? i.三板模（類型1）一個(gè) 型腔兩條分型線。費(fèi)用較高，不適用。
??????? ? ii.二板模（類型2）一個(gè) 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(gè) 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(huì)被頂桿推破，不適用。
?????? iv.?二板模（類型4）兩個(gè) 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(cè)試樣本設(shè)計(jì)模具時(shí)宜選用第四種類型。設(shè)計(jì)時(shí)還有許多因素需要考慮。
首先，模具的設(shè)計(jì)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(duì)于注塑機(jī)來說是一個(gè)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(gè)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(zhǎng) 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(dòng)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(jì)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(jì)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(huì)留下一條分型線的痕跡。在開模時(shí)產(chǎn)品和流道將在分型面同時(shí)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(jì)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(jì)這個(gè)模具時(shí)，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(jì)時(shí)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(shí)被送到個(gè)模腔對(duì)于流道設(shè)計(jì)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(duì)稱的。
另外，氣孔的設(shè)計(jì)也是模具設(shè)計(jì)中一個(gè)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(shí)泄露的發(fā)生。但是，這會(huì)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(jì)可以使空氣釋放出來不會(huì)出現(xiàn)零件不完整的現(xiàn)象。
冷卻系統(tǒng)是沿模腔長(zhǎng)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(gè)設(shè)計(jì)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?yàn)楫a(chǎn)品非常薄，通常為1mm，所以不需要設(shè)計(jì)其附加的推桿。模腔里的推桿反而有可能在脫模的時(shí)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(jì)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(jì)和制造完成后，試模注塑出來的翹曲試樣會(huì)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(shí)，減小注射壓力可以減小噴濺的發(fā)生。對(duì)于翹曲的控制可以通過控制很多因素，例如注射時(shí)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(jiǎn)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(duì)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(shí)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(duì)稱，在注塑過程中只需對(duì)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(shí)間響應(yīng)曲線顯示再某段時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對(duì)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(duì)不同時(shí)間段的熱量分布作了觀測(cè)。圖7所示是在一個(gè)完整的注塑周期中不同時(shí)間段的二維等高線熱量分布圖。
對(duì)模具進(jìn)行二維分析后，可繪制出時(shí)間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對(duì)制件的影響。 圖8所示是繪制時(shí)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(shí)間段的熱量等高線分布圖
圖8 在制件上為繪制時(shí)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(gè)節(jié)為曲線圖選擇計(jì)畫翻譯經(jīng)歷溫度的增加, 也就是從那對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)溫度一直持續(xù)到冷卻階段的開始。?計(jì)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?yàn)樽⑷肴廴谒芰系乃俾屎屠鋮s速率是相應(yīng)的。這條曲線僅反應(yīng)了一個(gè)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?yàn)槔鋮s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?yàn)闊崃勘会尫诺街車沫h(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(huì)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(jì)一個(gè)有比較小的殘余熱應(yīng)力作用和一個(gè)有效率的冷卻系統(tǒng)的模具對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)者來說是很重要的。
對(duì)于產(chǎn)品分析, 從被實(shí)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(shí)候選擇了一個(gè)臨界節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)127，這是拉應(yīng)力最大的時(shí)候。此時(shí)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(duì)產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時(shí)損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
4.結(jié)論
經(jīng)過翹曲測(cè)試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設(shè)計(jì)的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測(cè)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(duì)試樣的影響，對(duì)加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測(cè)到翹曲測(cè)試試樣所能承受的最大拉力。
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止 動(dòng) 板 沖 裁 模 設(shè) 計(jì)
摘 要
本文介紹了止動(dòng)件的冷沖壓模具設(shè)計(jì)，文章介紹了冷沖壓模具設(shè)計(jì)的全過程。對(duì)冷沖壓模具的設(shè)計(jì)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(jì)，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算、沖模刃口尺寸及公差的計(jì)算、確定各主要的零件結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計(jì)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(dòng)件 模具設(shè)計(jì)
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(chǎng)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(jiǎn)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(dòng)態(tài)…………………………………………12
1.7 畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義…………………………………………………………14
第二章：必備理論知識(shí)……………………………………………………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(jì)算…………………………………………………………21
2.5沖壓力的計(jì)算……………………………………………………………26
2.6壓力中心的計(jì)算…………………………………………………………27
2.7沖裁排樣設(shè)計(jì)……………………………………………………………28
第三章止動(dòng)件的設(shè)計(jì)…………………………………………………………31
3.1 設(shè)計(jì)題目一止動(dòng)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(jì)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(jì)算 … …………………………………………………………… .38
3.5.1沖裁力的計(jì)算………………………………………………………..38
3.5.2卸料力和推件力的計(jì)算……………………………………………39
3.6 模具壓力中心計(jì)算……………………………………………………40
3.7 零件刃口尺寸計(jì)算………………………………………………41
3.7.1計(jì)算原則………………………………………………41
3.7.2沖孔刃口計(jì)算………………………………………………42
3.7.3落料刃口計(jì)算…………………………………………………43
3.8 凸凹模刃口尺寸計(jì)算…………………………………………45
3.8.1刃口尺寸計(jì)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(jì)算…………………………………………………47
3.9 彈性元件的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)與計(jì)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(jì)與計(jì)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(jì)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(jì)是為模具設(shè)計(jì)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(gè)重要的實(shí)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(shí)、生產(chǎn)知識(shí)，了解沖壓模模具設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)方法和步驟；培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力，為以后進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jì)。熟練掌握徒手測(cè)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(jì)手冊(cè)、了解有關(guān)國(guó)家（部頒）標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等，加強(qiáng)對(duì)模具設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。
由于個(gè)人設(shè)計(jì)水平有限，本設(shè)計(jì)定存在許多錯(cuò)誤和不妥之處，請(qǐng)各位指導(dǎo)
老師批評(píng)和雅正，懇請(qǐng)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(chǎng)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?jī)?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(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)到610億元,增長(zhǎng)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(guó)而位列世界第三【2】。當(dāng)前，我國(guó)模具制造方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(zhǎng)【3】。
提高勞動(dòng)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(jí)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(duì)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(guó)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(guó)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(zhǎng)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(jiǎn)單沖模，已趨供過于求，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈[7]。我國(guó)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(chǎng)總體上供不應(yīng)求，市場(chǎng)需求量維持在600億至650億美元，同時(shí)，我國(guó)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(guó)模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持13%的年增長(zhǎng)率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年國(guó)內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到600多億，同時(shí)，有近200個(gè)億的出口）。目前，中國(guó)17000多個(gè)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(guó)模具行業(yè)發(fā)展迅速，但是離國(guó)內(nèi)的需要和國(guó)際水平還有很大的差距。制造產(chǎn)業(yè)是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)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(duì)這種情況，國(guó)家出臺(tái)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(duì)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(jí)，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖壓出孔、凸臺(tái)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(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)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(duì)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(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)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(jì)和制造需要較多的時(shí)間，這就延長(zhǎng)了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。
模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡(jiǎn)易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)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(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)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(shí)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(gè)非常重要的問題。
1.4冷沖壓模具發(fā)展簡(jiǎn)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(guó)已有悠久的歷史。據(jù)文獻(xiàn)記載：我國(guó)勞動(dòng)人民遠(yuǎn)在青銅時(shí)期就發(fā)現(xiàn)了金屬具有錘擊變形的性能；到了戰(zhàn)國(guó)時(shí)代（公元前403-221年）已經(jīng)能煉劍淬火。可以肯定，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(zhǎng)的封建社會(huì)時(shí)期，我國(guó)勞動(dòng)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(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，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(duì)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(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)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(dòng)，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(dòng)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(guó)對(duì)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(zhǎng)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(jì)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(dòng)生產(chǎn)率大大提高，成本也大幅度下降，有利地推動(dòng)了我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展[11]。
我國(guó)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(guó)模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展，2003年，我國(guó)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(duì)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(guó)家。但另一方面，我國(guó)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(gè)奇怪的現(xiàn)象，這些年我國(guó)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(guó)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(guó)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(jì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的支柱產(chǎn)業(yè)，與此同時(shí)，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(guó)更快的走向工業(yè)化國(guó)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(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)[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(jì)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(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)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(guó)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(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)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(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(dòng)化、智能化：模具表面的質(zhì)量對(duì)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(dòng)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(shì)[18]。
(8) 模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展 。然近年來我國(guó)模具行業(yè)職工隊(duì)伍發(fā)展迅速，估計(jì)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(duì)中國(guó)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(tái)和發(fā)展空間是擺在眼前的一個(gè)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(guó)模具工業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展的一個(gè)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(gè)模具價(jià)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(duì)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(shí)間亦是重要發(fā)展趨勢(shì)。
這只是發(fā)展模具工業(yè)的三個(gè)重要部分，要向使模具工業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更大的作用，需要國(guó)家更大的關(guān)注與投入，帶動(dòng)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(dòng)化程度低
美國(guó)680條沖壓線中有70%為多工位壓力機(jī)，日本國(guó)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(guó)際水平的大型多工位壓力機(jī)在我國(guó)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(jiǎn)陋，手工操作比重大；精沖機(jī)價(jià)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(guó)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(guó)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(dòng)化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動(dòng)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(zhēng)取加大投資力度，加速?zèng)_壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)今國(guó)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(dòng)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(shí)改造國(guó)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱；摩托車沖壓行業(yè)面臨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，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(gè)大型的沖壓零部件制造供應(yīng)中心及幾十個(gè)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(guó)際上有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)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(guó)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(shì)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(guó)，許多沖壓新技術(shù)起步并不晚，有些還達(dá)到了國(guó)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(duì)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(guó)內(nèi)企業(yè)大部分仍采用傳統(tǒng)沖壓技術(shù)，對(duì)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(chǔ)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(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提高精度和互換率。力爭(zhēng)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(chǎng)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(jì)、制作均滿足不了國(guó)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(guó)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(guó)與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個(gè)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(xiàng)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(shí)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(jì)、制作均滿足不了國(guó)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(guó)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(jì)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(shí)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(jì)，掌握設(shè)計(jì)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(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)，又是一項(xiàng)長(zhǎng)期而系統(tǒng)的任務(wù)。振興我國(guó)沖壓行業(yè)需要大批高水平的科技人才，大批熟悉國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)、具有現(xiàn)代管理知識(shí)和能力的企業(yè)家，大批掌握先進(jìn)技術(shù)、工藝的高級(jí)技能人才。要舍得花大力氣，有計(jì)劃、分層次地培養(yǎng)。
1.6 相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)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(shí)美國(guó)的沖壓技術(shù)走在最前列，而瑞士的精沖、德國(guó)的冷擠壓技術(shù)、蘇聯(lián)對(duì)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(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有的圖紙和感性認(rèn)識(shí)，根據(jù)用戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具，但對(duì)所設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(jì)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(dòng)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(dòng)模具。從20世紀(jì)70年代至今，計(jì)算機(jī)逐漸進(jìn)入了模具生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、制造、管理等各個(gè)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(jì)、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(guó)際上計(jì)算機(jī)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的發(fā)展趨勢(shì)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(shí)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(guó)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(guó)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(jì)與制造；20世紀(jì)70年代日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)與制造[5]。
冷沖壓的加工工藝在我國(guó)的具有悠久的歷史。半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)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(guó)對(duì)沖模的研制也在不斷加強(qiáng)。但是總體上說，我國(guó)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(zhǎng)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(guó)際水平，模具結(jié)構(gòu)、功能方面也接近國(guó)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(guó)外還存在一定的差距。我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)從20世紀(jì)80年代才起步，長(zhǎng)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(duì)許多引進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)缺乏二次開發(fā)。以下是我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)模具的進(jìn)出口重量保持上升勢(shì)頭，由于在大型、精密、浮渣、長(zhǎng)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(jì)的實(shí)際中去對(duì)于我國(guó)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(duì)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(shí)用性。
（3）沖壓生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化：研制自動(dòng)送、退料裝置，多工位自動(dòng)壓力機(jī)，自動(dòng)生產(chǎn)線，帶自動(dòng)保護(hù)的監(jiān)視和檢測(cè)裝置等，這是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，就是用電子計(jì)算機(jī)作為信息處理手段，進(jìn)行最佳判斷、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助制造，就是生產(chǎn)人員借助計(jì)算機(jī)對(duì)模具制造實(shí)行監(jiān)督、控制和管理。將模具設(shè)計(jì)與制造聯(lián)成一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是向自動(dòng)化發(fā)展的有效途徑，對(duì)提高模具設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量、簡(jiǎn)化模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管理將起巨大的作用
1.7畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，目的是通過課題的設(shè)計(jì)研究，培養(yǎng)綜合運(yùn)用各門課程知識(shí)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(jì)，但設(shè)計(jì)過程中應(yīng)密切與生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(jì)從確定設(shè)計(jì)課題、擬定設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程到畢業(yè)答辯都按照畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃進(jìn)行。
第一，充分調(diào)研，確定應(yīng)用型畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。
選好畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)、保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題取自企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。這個(gè)課題能較全面地應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)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(shí)水平和實(shí)際設(shè)計(jì)能力，工作量恰當(dāng)，能夠在規(guī)定時(shí)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(jì)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(jì)方案。
明確課題的性質(zhì)、意義、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和完成時(shí)間，并確定好正確合理的設(shè)計(jì)方案是完成設(shè)計(jì)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(jì)方案的討論，使我對(duì)課題設(shè)計(jì)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(jì)。
我們本科學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)充分，但設(shè)計(jì)能力與實(shí)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(jì)方法、一般步驟和設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。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(duì)設(shè)計(jì)的要求，使設(shè)計(jì)能用于生產(chǎn)。在設(shè)計(jì)中能主動(dòng)請(qǐng)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(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械制造工藝等專業(yè)知識(shí)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(shí)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(jì)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(dòng)性，積極思考，大膽創(chuàng)新。
第四，完善設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
完整的設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說明書等技術(shù)文件。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，全面檢查設(shè)計(jì)技術(shù)資料，按照指導(dǎo)教師的批改，認(rèn)真修改圖紙錯(cuò)誤，認(rèn)真修改設(shè)計(jì)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(jì)工作，通過這次設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多知識(shí)和技術(shù)。
由于本人設(shè)計(jì)水平有限，必然在設(shè)計(jì)中仍有很多缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，敬請(qǐng)老師們批評(píng)指正。
第二章． 必備理論知識(shí)
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(gè)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(shí)，塑性變形階段便告終，此時(shí)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(gè)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(shí)，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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)，刃口附近的材料產(chǎn)生彎曲和伸長(zhǎng)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(shí)，刃口正面材料被壓縮，在應(yīng)力的作用下，裂紋加長(zhǎng)，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(shí)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(gè)因素綜合考慮，給間隙規(guī)定一個(gè)范圍值。只要間隙在這個(gè)范圍內(nèi)，就能得到質(zhì)量合格的沖裁件和較長(zhǎng)的模具壽命。這個(gè)間隙范圍就稱為合理間隙，這個(gè)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(jì)與制造新模具時(shí)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(yàn)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(jì)算。圖2.3.2所示為沖裁過程中開始產(chǎn)生裂紋的瞬時(shí)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(shí)狀況
上式可看出，合理間隙Z與材料厚度t、凸模相對(duì)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(jì)算法在生產(chǎn)中使用不方便，故目前廣泛采用的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(2)．經(jīng)驗(yàn)確定法
根據(jù)研究與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，間隙值可按要求分類查表確定。對(duì)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(shí)沖裁力與模具壽命作為次要因素考慮。對(duì)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(jì)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(jì)中的一項(xiàng)重要工作。
2.4.1.凸凹模尺寸計(jì)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(cè)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(jì)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(jì)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(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jí)。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按ＩＴ６～ＩＴ７級(jí)來選??；對(duì)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?duì)于刃口尺寸磨損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(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。但對(duì)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(jì)算方法【14】
由于沖模加工方法不同，刃口尺寸的計(jì)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(jiǎn)單規(guī)則形狀的工件，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對(duì)簡(jiǎn)單，精度容易保證，所以采用分別加工，設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)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(jì)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(duì)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(jì)尺寸制出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)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(jiǎn)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(jì)時(shí)，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(shí)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(jì)算凸模或凹模刃口尺寸，首先是根據(jù)凸?；虬寄Ｄp后輪廓變化情況，正確判斷出模具刃口各個(gè)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(jì)算【14】。
? 1）凸?；虬寄Ｄp后會(huì)增大的尺寸——第一類尺寸A
?? 落料凹模或沖孔凸模磨損后將會(huì)增大的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)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(huì)減小的尺寸——第二類尺寸B
沖孔凸?；蚵淞习寄Ｄp后將會(huì)減小的尺寸，相當(dāng)于簡(jiǎn)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）凸模或凹模磨損后會(huì)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(jiǎn)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(jì)算。
第三類尺寸：
2.5沖壓力的計(jì)算【18】
2.5.1．沖裁力
沖裁力是沖裁過程中凸模對(duì)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(jì)模具的重要依據(jù)之一。
用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其沖裁力F一般按下式計(jì)算：F=KLtτ
式中 F——沖裁力 L——沖裁周邊長(zhǎng)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(jì)算簡(jiǎn)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(jì)算【12】
在沖裁結(jié)束時(shí)，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(shí)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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