基于CADCAM的復(fù)合沖壓模具設(shè)計

摘 要 該論文主要研究了復(fù)合沖壓模具設(shè)計。通過對三個零件的工藝分析，制定出了模具設(shè)計方案，通過比較最終擇優(yōu)選出了復(fù)合沖壓模具。其中包括兩套沖孔落料復(fù)合模和一套拉深復(fù)合模以及一套單工序拉深模。通過對零件的分析，制定了合適的沖壓模設(shè)計工藝。該論文對每一副模具，經(jīng)過工藝分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計，論證了其可能性，最終保證了制品的質(zhì)量。本論文具體分析了每副模具的總體結(jié)構(gòu)以及工作過程，對模具中的各個工作零件的設(shè)計原則、尺寸確定以及公差等做了具體的敘述。 通過應(yīng)用三維軟件和 CAD 軟件進(jìn)行復(fù)合沖壓模具的數(shù)字化設(shè)計 ,了解機(jī)械行業(yè)的先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)，掌握先進(jìn)的設(shè)計制造理念。此外，該論文還涉及了模具行業(yè)當(dāng)今的發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展水平、存在問題以及今后的發(fā)展前景等。由于模具的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，其需求也越來越大，因此通過模具設(shè)計，可以更加熟悉模具的生產(chǎn)工藝。 關(guān)鍵詞： 復(fù)合沖壓模；工藝分析；三維軟件 ABSTRACT The paper mainly studied the compound stamping die design. Through the analysis of three parts to develop a mold design, then select the final selection of the best compound stamping dies by comparing , including two sets of punching blanking composite modulus and a set of drawing composite modulus and a single process drawing die. Develop a suitable stamping die design process by the analysis of the parts. The papers analyses each mold, include structure design, demonstrates the possibility of the ultimate guarantee of the quality of the products. In this thesis, a detailed analysis of the overall structure and work process per mold for determining the dimensions and tolerances, and so do a specific description of the design principles of the various parts in the mold. Compound stamping dies through the application of 3D software and CAD software, digital design, advanced design and manufacturing technology of the machinery industry, to master the advanced design and manufacturing philosophy. In addition, the paper also involves the development of mold industry in todays level of development, there are problems and future development prospects. Increasingly wide areas of application of the mold, its demand is also increasing, so the mold design, mold production process can become more familiar with. Keywords: Compound stamping die； Process Analysis； 3D software 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 1 緒論 . 1 1.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展 . 1 1.1.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀 . 1 1.1.2 中國模具技術(shù)的進(jìn)步 . 1 1.1.3 中國模具工業(yè)的發(fā)展方向 . 3 1.2 課題的來源與意義 . 5 1.2.1 課題的來源 . 5 1.2.2 課題的意義 . 5 2 沖孔落料復(fù)合模 . 6 2.1 沖裁件的工藝分析 . 6 2.1.1 材料 . 6 2.1.2 生產(chǎn)批量 . 6 2.1.3 精度等級 . 6 2.1.4 結(jié)構(gòu)形狀 . 6 2.2 制訂生產(chǎn)方案 . 6 2.3 零件的工藝計算 . 7 2.3.1 工作零件刃口尺寸的計算 . 7 2.3.2 排樣 . 9 2.3.3 沖裁力 . 11 2.3.4 卸料力、推件力 . 12 2.3.5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 . 13 2.3.6 壓力中心的計算 . 13 2.4 沖裁模設(shè)計與制造 . 13 2.4.1 工作零件 . 13 2.4.2 定位零件 . 16 2.4.3 卸料與推料零件 . 18 2.4.4 模架及零件 . 20 3 落料、拉深、沖孔復(fù)合模 . 22 3.1 零件工藝分析 . 22 3.2 零件工藝方案的確定 . 23 3.3 分析零件的沖壓工藝性并確定工藝方案 . 23 3.4 工藝計算 . 24 3.4.1 沖裁力、卸料力、推件力、拉深力的計算及選出壓力機(jī) . 24 3.4.2 排樣、沖裁模間隙及凹模、凸模刃口尺寸公差計算 . 26 3.4.3 首次無凸緣拉深的有關(guān)計算 . 29 3.5 有關(guān)模具零件結(jié)構(gòu)的計算 . 30 3.5.1 沖孔凸模 . 30 3.5.2 落料凹模 . 30 3.5.3 拉深凸模（沖孔凹模） . 30 3.5.4 拉深凹模（落料凸模） . 31 3.5.5 卸料裝置 . 31 3.5.6 定位零件 . 32 3.5.7 固定 板、墊板 . 32 3.5.8 模架、導(dǎo)柱、導(dǎo)套 . 32 4 拉深模 . 33 4.1 工藝分析 . 33 4.2 工藝計算 . 33 4.2.1 拉深直徑 . 33 4.2.2 拉深力的計算 . 33 4.2.3 圓角半徑 . 34 4.2.4 拉深模具的間隙 . 34 4.2.5 拉深高度 . 34 4.2.6 拉深凹模和凸模的尺寸 . 34 4.3 有關(guān)模具零件結(jié)構(gòu)的計算 . 34 4.3.1 拉深凸模 . 34 4.3.2 拉深凹模 . 35 4.3.3 模架及其他 . 35 5 復(fù)合沖壓模具 . 37 5.1 沖裁件的工藝分析 . 37 5.1.1 材料 . 37 5.1.2 生產(chǎn)批量 . 37 5.1.3 精度等級 . 37 5.1.4 結(jié)構(gòu)形狀 . 37 5.2 制訂生產(chǎn)方案 . 37 5.3 零件的工藝計算 . 37 5.3.1 工作零件刃口尺寸的計算 . 37 5.3.2 排樣 . 39 5.3.3 沖裁力 . 39 5.3.4 卸料力、推 件力 . 40 5.3.5 壓力機(jī)公稱壓力的確定 . 40 5.4 沖裁模設(shè)計與制造 . 40 5.4.1 工作零件 . 41 5.4.3 卸料與推料零件 . 42 5.4.4 模架及零件 . 43 6 結(jié)論 . 45 致 謝 . 46 參考資料 . 47 1 緒論 1.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展 1.1.1 模具行業(yè)的現(xiàn)狀 在當(dāng)今社會，模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。隨著我國加入 WTO，我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，也日益受到人們的重視和關(guān)注，日前對 “模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備 ”這一觀念也已經(jīng)取得了共識。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)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是 “效益放大器 ”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍，甚至上百倍。近幾年來，我國模具工業(yè)一直以每年 15左右的增長速度迅速發(fā)展。 目前我國模具工 業(yè)的發(fā)展步伐日益加快，但在整個模具設(shè)計制造水平和標(biāo)準(zhǔn)化程度上，與德國、美國、日本的發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢下，隨著資本、技術(shù)和勞動力后市場的重新整合，我國裝備制造業(yè)在加入 WTO 以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求，以實現(xiàn)我國模具工業(yè)的跨越式發(fā) 展。 1.1.2 中國模具技術(shù)的進(jìn)步 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平近年來也取得了長足的進(jìn)步。大型、精密、復(fù)雜、高效和長壽命模具上了一個新臺階。大型復(fù)雜沖模以汽車覆蓋件模具為代表，已能生產(chǎn)部分新型轎車的覆蓋件模具。體現(xiàn)高水平制造技術(shù)的多工位級進(jìn)模的覆蓋面，已從電機(jī)、電器鐵芯片模具，擴(kuò)展到接插件、電子槍零件、空調(diào)器散熱片等家電零件模具。在大型塑料模具方面，已能生產(chǎn) 48 英寸電視的塑殼模具、 6.5K g 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具，以及汽車保險杠、整體儀表板等模具。在精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具等。在大型精密復(fù)雜壓鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模及汽車后橋齒輪箱壓鑄模。其他類型的模具，例如子午線輪胎活絡(luò)模具、鋁合金和塑料門窗異型材擠出模等，也都達(dá)到了較高的水平，并可替代進(jìn)口模具。具體表現(xiàn)在以下模具領(lǐng)域中： （ 1）沖模 以大型覆蓋件沖模為代表，我國已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。轎車覆蓋件模具設(shè)計和制造難度大，質(zhì)量和精度要求高，代表覆蓋件模具的水平。在設(shè)計制造方法、手段已基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產(chǎn)化進(jìn)程中前進(jìn)了一大步。但在制造質(zhì)量、精度、 制造周期和成本方面，與國外相比還存在一定的差距。標(biāo)志模具技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級進(jìn)模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種，在制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上，與國外多工位級進(jìn)模和多功能模具相比，仍存在一定差距。 （ 2）塑料模 近年來，我國塑料模有很大進(jìn)步。在大型塑料模方面，已能生產(chǎn) 34 英寸大屏幕彩電塑殼模具， 6kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和 600 腔塑封模具，還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm 的一模兩腔的航空杯模具和難度較高 的塑封門窗擠出模等。內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置得以采用，少數(shù)單位采用了具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具，完全消除了制件的澆口痕跡。氣體輔助注射技術(shù)已成功得到應(yīng)用。在精度方面，塑料模型腔精度可達(dá) 0 .0 2 0 .0 5 mm（國外可達(dá) 0 .0 0 5 0 .0 1mm），分型面接觸間隙為 0.02mm，模板的彈性變形為 0.05mm，型面的表面粗糙度值為 0 .5 0 .2Ra um，塑料模壽命已達(dá) 100 萬次（國外可達(dá) 300 萬次），模具制造 周期仍比國外長 24倍。這些標(biāo)志著模具總體水平的參數(shù)指標(biāo)與國外相比尚有較大差距。 （ 3）壓鑄模 汽車和摩托車工業(yè)的快速發(fā)展，推動了壓鑄模技術(shù)的發(fā)展。汽車發(fā)動機(jī)缸罩、蓋板、變速器殼體和摩托車發(fā)動機(jī)缸體、齒輪箱殼體、制動器、輪轂等鋁合金鑄件模具以及自動扶梯級壓鑄模等，我國均已能生產(chǎn)。技術(shù)水平有所提高，使汽車、摩托車上配套的鋁合金壓鑄模大部分實現(xiàn)了國產(chǎn)化。在模具設(shè)計時，注意解決熱平衡問題，合理確定澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，并根據(jù)制造要求，采用了液壓抽芯和二次增壓結(jié)構(gòu)?？傮w 水平有了較大提高。壓鑄模 制造精 度可 達(dá) 0 .0 2 0 .0 5 mm( 國外 0 .0 1 0 .0 3mm ) ，型 腔表 面粗糙 度值為0 .4 0 .2Ra um（國外為 0 .0 2 0 .0 1R a u m），模具制造周期為中小型模具為 3 4 個月，中等復(fù)雜模具為 48個月，大型模具為 8 12 個月，約為國外的 2 倍。模具壽命：鋁合金鑄件模具一般為 48萬次，個別可超過 10 萬次，國外可達(dá) 8 15 萬次以上。 （ 4）模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù) 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。它使技術(shù)人員能借助于計算機(jī)對產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成型工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 CAD/CAM 系統(tǒng)，實現(xiàn)了 CAD/CAM 的集成，并采用 CAE 技術(shù)對成型過程進(jìn)行計算機(jī)模擬等，數(shù)控加工的使用率也越來越高，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動了我國模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展。 今年來，我國自開發(fā)的有上海交大的沖裁模 CAD/CAM 系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的 CAXA 系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)等，為進(jìn)一步普及模具 CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。目前我國計算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。 （ 5）模具標(biāo)準(zhǔn)件 模具標(biāo)準(zhǔn)件對縮短模 具制造周期，提高質(zhì)量、降低成本，能起很大作用。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件越來越廣泛地得到采用。模具標(biāo)準(zhǔn)件主要有冷沖模架、塑料模架、推桿和彈簧等。新型彈性元件和氮氣彈簧亦已在推廣應(yīng)用中。 （ 6）模具材料和熱處理 模具材料的質(zhì)量、性能、品種和供貨是否及時，對模具的質(zhì)量和使用壽命以及經(jīng)濟(jì)效益有著直接的重大影響。近年來，國內(nèi)一些模具鋼生產(chǎn)企業(yè)已相繼建成和引進(jìn)了一些先進(jìn) 工藝設(shè)備，使國內(nèi)模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善，模具鋼質(zhì)量有較大程度的提高。但國產(chǎn)模具鋼鋼種不全，不成系列，多品種、精料化、制品化等方面尚待解決。另外，還需要 研究適應(yīng)玻璃、陶瓷、耐火磚和地轉(zhuǎn)等成型模具用材料系列。 模具熱處理是關(guān)系能否充分保證模具鋼性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國內(nèi)大部分企業(yè)在模具淬火時仍采用鹽熔爐或電爐加熱，由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán)，處理質(zhì)量不高，而且不穩(wěn)定，直接影響模具使用壽命和質(zhì)量。近年來，真空熱處理爐開始廣泛應(yīng)用于模具制造。 （ 7） 快速原型制造 (RPM)技術(shù)得到更好的發(fā)展。該技術(shù)是由美國首先推出的。它是伴隨著計算機(jī)技術(shù)、激光成形技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎的離散 /堆積 (即材料累加 ) 成形思想，根據(jù)零件 CAD 模型、快 速自動完成復(fù)雜的三維實體 (原型 )制造，被公認(rèn)為是繼 NC 技術(shù)之后的又一次技術(shù)革命。 （ 8） 高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用，國外近年來發(fā)展的高速銑削加工 ，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到 40000 100000r/min,快速進(jìn)給速度可達(dá)到 30 40m/min，可獲得 Ra10um 的加工表面粗糙度。形狀精度可達(dá) 10um?？梢约庸び捕冗_(dá) 60HRC 的模塊。 （ 9） 模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用，英國雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國多家模具廠點得到應(yīng)用，效果好。該系統(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，大大縮短的研制制造周期。 （ 10） 模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展，模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。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，我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率低，且工人勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，研究拋光的自動化、智能化顯得尤為重要。 1.1.3 中國模具工業(yè)的發(fā)展方向 現(xiàn)代模具與傳統(tǒng)模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能達(dá)到技術(shù) 要求。當(dāng)前整個工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點是產(chǎn)品品種多、更新快、市場競爭激烈。為適應(yīng)市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發(fā)展趨勢： （ 1）愈來愈高的模具精度 10 年前，精密模具一般為 5m，現(xiàn)在已達(dá) 23um ，不久 1m 精度的模具即將上市。隨著零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在 1m 以內(nèi)，這就要求發(fā)展超精加工。 （ 2）日趨大型化的模具 這一方面是由于用模具成形的零件日漸大型化，另一方面也是由于高生產(chǎn)率要求的一模多腔（現(xiàn)在有 的已達(dá)一模幾百腔）所致。 （ 3）擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù) 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料。因此，熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國外發(fā)展較快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的模具 50%以上采用的熱流道技術(shù)，甚至 80%以上，效果十分明顯。熱流道在國內(nèi)也已用于生產(chǎn)，有些企業(yè)使用率達(dá)到 20% 30%。 （ 4）進(jìn)一步發(fā)展多功能復(fù)合模具 一副多功能模具除了沖壓成形零件外，還擔(dān)負(fù)著疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)， 這種多功能復(fù)合生產(chǎn)出來的不再是單個零件，而是成批組件，可大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)及裝配周期 ，對模具材料的性能要求也越來越高。 （ 5）日益增多高檔次模具 一是用于汽車、飛機(jī)、精密機(jī)械的納米級 (m)精密加工；二是用于磁盤、磁鼓制造的亞微米級 (0.01m)精密加工；三是用于超精密電子器件的毫微米級（ 0.001m）精密加工。 （ 6）進(jìn)一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具 隨著塑料成形工藝的不斷改進(jìn)和發(fā)展，為了提高注塑質(zhì)量，氣輔模具及高壓注射成型模具也隨之發(fā)展。 （ 7）增大塑料模具比例 隨著塑料原材料的性能不斷提高，各行業(yè)的零件將以塑代鋼、以塑代木的進(jìn)程進(jìn)一步加快，使用塑料模具的比例日趨增大。 （ 8）增多擠壓模及粉末鍛模 由于汽車、車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，如以鋁代鋼，非全密度成形，高分子材料、復(fù)全材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不僅改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能而且使生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本變革，相應(yīng)地出現(xiàn)了液態(tài)（半固態(tài)）擠壓模具及粉末鍛模。對這些模具的制造精度要求是高的。 （ 9）日漸廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件 模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，且還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。 （ 10）大力發(fā)展快速制造模具 目前是多品種小批量生產(chǎn)時代，一方面是產(chǎn)品使用周期縮短，另 一方面品種更新快，這就要求模具生產(chǎn)周期越短越好。因此快速成型模具將越來越引起人們的重視和關(guān)注。 本次設(shè)計我研究的項目是復(fù)合沖壓模具設(shè)計。 為此，我在進(jìn)行設(shè)計之前，查閱了相關(guān)資料了解了一些關(guān)于沖壓件的知識。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性較好，一般情況下，可以直接滿足裝配和使用要求。此外，在沖壓加工過程中由于材料經(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織得到改善，機(jī)械強度有所提高。所以，沖壓件具有質(zhì)量輕， 剛度 好，精度高和外表光滑，美觀等特點。 沖壓加工是一種高生產(chǎn)率的加工方法，如汽車車身等大型零件每分鐘可生產(chǎn)幾件，而零件的高 速加工則每分鐘可生產(chǎn)千件以上，由于沖壓加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷狀態(tài)下加工，因此較容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，比較適宜配置機(jī)器人而實現(xiàn)無人化生產(chǎn)。 多工位沖壓加工在生產(chǎn)中實現(xiàn)多工位沖壓具有如下優(yōu)點：減少了沖壓設(shè)備和占地面積，減少了半成品的運輸和存放環(huán)節(jié)以及操作人員。有利于提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及降低沖壓件成本。事實上，使用多工位沖壓是實現(xiàn)沖壓自動化的主要途徑之一。該技術(shù)當(dāng)今在世界各先進(jìn)國家被廣泛采用，目前在國內(nèi)引進(jìn)的成套設(shè)備中 ,也能看到多工位沖壓機(jī)和配套模具。多工位沖壓工藝一般在多工位壓力機(jī)上實現(xiàn)。所謂 多工位壓力機(jī)通常是一臺閉式雙點式壓力機(jī)。關(guān)鍵在于它是一臺有夾持機(jī)構(gòu) (機(jī)械手 )的壓力機(jī) ,該夾持機(jī)構(gòu)可保證在每次沖壓動作完成后將沖壓件從模具中向上拉出 ,再向前移動一個工位。由于該夾持機(jī)構(gòu)能完成“向上 +向前 ”這一復(fù)合動作 ,所以可完成壓印加工。目前在國外多工位沖壓工藝的應(yīng)用相當(dāng)普遍，除了他們有精良的多工位壓力機(jī)外，更重要的是因為國外的模具生產(chǎn)社會化程度很 高 ,模具零件制造實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化 ,非常適合于多工位沖壓模這種拼裝式、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具生產(chǎn)。由于模具零件都是標(biāo)準(zhǔn)件 ,所以易于模具的維修保養(yǎng)。 當(dāng)然，沖壓加工 與其他加工方法一樣，也有其自身的局限性，例如，沖模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具價格又偏高。因此，對小批量、多品種生產(chǎn)時采用昂貴的沖模，經(jīng)濟(jì)上不合算。目前為了解決這方面的問題，正努力發(fā)展某些簡易沖模，如聚氨酯橡膠沖模、低合金沖模以及采用通用組合沖模、鋼皮模等，同時也在進(jìn)行沖壓加工中心等新型設(shè)備與工藝的研究。 在模具工業(yè)這個領(lǐng)域中起主導(dǎo)地位的還是人，只有更多的人掌握了這方面的技術(shù)我國的模具工業(yè)才會發(fā)展得更好、更快。 1.2 課題的來源與意義 1.2.1 課題的來源 課題來源于工程生產(chǎn)實際。沖模結(jié) 構(gòu)是 沖模的靈魂，它是決 定沖模的生產(chǎn)效率、使用壽命、制造成本和制造周期的關(guān)鍵因素。本課題的重要內(nèi)容是復(fù)合沖壓模具的工作原理分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計。當(dāng)前，應(yīng)用 CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計制造是產(chǎn)品研發(fā)的一個熱點問題，本課題通過應(yīng)用三維軟件和 CAD 軟件進(jìn)行復(fù)合沖壓模具的數(shù)字化設(shè)計可以使學(xué)生了解機(jī)械行業(yè)的先進(jìn)設(shè)計制造技術(shù)，掌握先進(jìn)的設(shè)計制造理念。 1.2.2 課題的意義 運用三維 CAD 的數(shù)字化設(shè)計，對產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計，在設(shè)計階段完成傳統(tǒng)設(shè)計方法要在產(chǎn)品制造出來后才能解決的問題，進(jìn)而縮短設(shè)計周期。用三維軟件對產(chǎn)品進(jìn)行三維造型后，通過運動 仿真，在設(shè)計階段就能檢查零部件外觀的特征以及裝配的干涉性，在實物制造出來前就能對產(chǎn)品有一個詳細(xì)的了解，很容易發(fā)現(xiàn)弱點，改進(jìn)設(shè)計，縮短設(shè)計周期。由于不用將成品生產(chǎn)出來后再進(jìn)行檢測，可以節(jié)約原料，降低成本，掌握市場先機(jī)。 2 沖孔落料復(fù)合模 2.1沖裁件的工藝分析 沖裁件的形狀應(yīng)力求簡單、對稱，有利于材料的合理利用；內(nèi)形及外形的轉(zhuǎn)角處要盡量避 免尖角，應(yīng)以圓弧過渡，以便于模具加工；孔邊距和孔間距不能過小。如圖 2.1 所示 ，厚度為 1mm，材料為 Q235A,生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量，精度為 IT11。 下面 將對其沖裁工藝性進(jìn)行分析。 圖 2.1 沖孔落料 加工零件圖 2.1.1 材料 該零件材料為 Q235A，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，有一定的強度，塑性較好，適于沖壓生產(chǎn)。 2.1.2 生產(chǎn)批量 該零件的生產(chǎn)批量為大批量，因此在制訂生產(chǎn)方案時，應(yīng)充分考慮采用連續(xù)模或者復(fù)合模以提高生產(chǎn)效率。 2.1.3 精度等級 該零件的精度等級為 IT11 級，因此，模具的制造精度等級為 IT7 級。 2.1.4 結(jié)構(gòu) 形狀 （ 1）形狀 該零件形狀簡單對稱，無尖角、懸臂和凹槽，沖裁時受力 均勻。 （ 2） 孔邊距 1 = 6 5 - 5 0 = tC 邊 （ ） / 2 7 . 5 1 . 5 = 1 . 5 2 = 6 5 - 4 8 = tC 邊 （ ） / 2 8 . 5 1 . 5 = 1 . 5 符合最小孔邊距要求 。 （ 3） 孔間距 1 = - 7 . 5 - 5 = tC 間 （ 20 ） 7 . 5 1 . 5 = 1 . 5 = - 7 . 5 - 4 = 8 tC 間 2 （ 20 ） . 5 1 . 5 = 1 . 5 符合最小孔間距要求。 通過上述分析，該零件可以采用沖壓工序進(jìn)行生產(chǎn)。 2.2 制訂生產(chǎn)方案 沖壓生產(chǎn)方案制訂是在對沖壓的工藝分析之后的重要環(huán)節(jié)。制訂生產(chǎn)方案就是制訂各次沖壓加工的工序性質(zhì)、工序數(shù)量、工序順序、工序的組合方式等。沖壓生產(chǎn)方案的制訂要考慮 多方面的因素，有時還要進(jìn)行必要的工藝計算，因此實際生產(chǎn)中通常要提出可能的 方案，進(jìn)行分析比較后制訂最佳方案。下面對該零件的各種沖壓方案進(jìn)行比較分析。 方案一 ： 單工序模 單工序模（又稱簡單模），是指壓力機(jī)在一次行程中只完成一道工序的沖裁模。采用單工序模沖制該零件時，要先用一副模具進(jìn)行落料，后用一副模具進(jìn)行沖孔，這樣至少需要兩副模具進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，不符合大批量生產(chǎn)的要求。 方案二：連續(xù)模 連續(xù)模（又稱級進(jìn)模、跳步模），是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在幾個不同的位置，同時完成多道工序的沖裁。即按一定順序安排了多 個沖壓工序（在連續(xù)模中成為工位）進(jìn)行連續(xù)沖壓。采用連續(xù)模沖制該零件，要先沖零件內(nèi)部的五個孔，然后落料。由于該零件精度要求為 IT11 級，為滿足精度要求，有必要增加兩個導(dǎo)正銷，這樣又使得模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。 方案三： 正裝復(fù)合模 復(fù)合模是指壓力機(jī)的一次行程中，在模具同一工位同時完成數(shù)道沖壓工序的沖裁模。正裝復(fù)合模是指將落料凹模裝在下模上的復(fù)合模。采用正裝復(fù)合模沖制該零件時，每沖裁一次，沖孔廢料被推出一次，凸凹模內(nèi)不積存廢料，脹力小，不易破碎；正裝復(fù)合模工作時，條料是在壓緊狀態(tài)下沖裁的，沖出的沖裁件平直度高。但是沖孔 廢料落在下模工作面上，尤其孔較多，清除廢料困難；由于采用固定擋料銷和導(dǎo)料銷定位，在卸料版上需鉆出讓位孔；由于彈壓器和彈壓卸料裝置的作用，分離后的沖裁件容易被嵌入條料中影響操作，從而影響了生產(chǎn)效率。 方案四：倒裝復(fù)合模 倒裝復(fù)合模是指將落料凹模裝在上模座上的復(fù)合模。該零件最小壁厚 7.5mm,大于倒裝復(fù)合模所要求的最小壁厚 4.9mm, 故可以采用倒裝復(fù)合模。采用倒裝復(fù)合模沖制該零件時，凸凹模內(nèi)有積存廢料，脹力較大，但是凸凹模壁厚較大，所以不會導(dǎo)致凸凹模破裂；由于采用彈頂擋料銷裝置，所以凹模上不必鉆出相應(yīng)的讓位孔 ；零件厚度 1mm, 該結(jié)構(gòu)適用于沖裁較硬的或厚度大于 0.3mm 的條料；生產(chǎn)效率高，沖裁件的內(nèi)孔和外緣的相對位置精度高，條料的定位精度要求比連續(xù)模低，沖模的輪廓尺寸小。這樣既可以提高生產(chǎn)效率，又可以借模具精度來保證零件精度。 根據(jù)上述分析，采用倒裝復(fù)合模進(jìn)行生產(chǎn)。 2.3 零件的工藝計算 沖裁件的工藝計算包括工作零件刃口尺寸計算，排樣及材料利用率的計算，沖裁力、卸料力、壓力中心的計算和設(shè)備選型。 2.3.1 工作零件刃口尺寸的計算 由于凸凹模直接存在間隙，故沖裁件的斷面都帶有錐度，因而在沖裁件尺寸的測量和使 用中，都以光面的尺寸為基準(zhǔn)。落料件的光面因凹模刃口擠切材料而產(chǎn)生，故落料件的光面尺寸與凹模的刃口尺寸相等或基本一致；而沖孔件的光面是凸模刃口擠切材料而產(chǎn)生的，故沖孔件的光面尺寸與凸模的刃口尺寸相等或基本一致。 計算方法： （ 1）凸模與凹模分別加工法：凸模與凹模分別按圖樣加工至要求的尺寸，并分別標(biāo) 注凸模和凹模的刃口尺寸與制造公差，適于圓形和簡單形狀的制件。 （ 2）凸模與凹模配作法：就是先按零件尺寸制出一個基準(zhǔn)模（凸模或凹模），然后根據(jù)基準(zhǔn)刃口的實際尺寸再按最小合理間隙制作另一模。 使用配作法，模具的間隙由配作 保證，工藝比較簡單，不必校核沖裁間隙條件，并且還可以放大基準(zhǔn)件的制造公差，使制造容易。但是該方法加工成本高，加工周期長，主要適用于形狀復(fù)雜的制件。綜上分析，選擇凸模與凹模分別加工的方法。具體尺寸計算如下： 由零件圖可知，該零件屬于無特殊要求的一般沖孔落料。外形尺寸 65 mm 0-0.19 由落料獲得，孔心距 2 0 0 .0 6 5mm 、孔 2 1 0 mm +0.09 0 、孔 28 mm +0.09 0 和孔 15 mm +0.11 0 由沖孔獲得。查 沖壓 工藝與 沖模設(shè)計表 2-7 沖裁模初始雙面間隙 Z 得，沖裁厚度為 1mm的 Q235A 的 沖 裁 模 初 始 間 隙 Z 0 .1 0m in mm ， Z 0 .1 4m a x mm 則Z 0 . 1 4 0 . 1 0 0 . 0 4m a x m i nZ m m m m m m 。因為模具精度要比零件精度高 45 個精度等級，所以凸模、凹模和凸凹模都按照 IT6 級精度加工制造。 （ 1）沖孔 2 1 0 mm +0.09 0 2 1 0 mm +0.09 0 為 IT11 級，取 =0.75，則 0 . 0 0 9 , 0 . 0 0 9m m m mT A，校核：m a x m i nZZTA ，即 0 . 0 0 9 0 . 0 0 9 0 . 1 4 0 . 1 0 ， 0 . 0 4 ( )0 . 0 8 ( ) mmmm ，滿足間隙公差條件。 所以 0 0 0( ) (1 0 0 . 7 5 0 . 0 9 ) 1 0 . 0 70 . 0 0 9 0 . 0 0 9m i nddT T （ mm） + + 0 . 0 0 9 + 0 . 0 0 9A( Z ) ( 1 0 . 0 7 0 . 1 ) 1 0 . 1 7TA 0 0 0m i ndd ( mm ) （ 2）沖孔 28 mm +0.09 0 28 mm +0.09 0 為 IT11 級，取 =0.75，則 0 . 0 0 9 , 0 . 0 0 9m m m mT A，校核：m a x m i nZZTA ，即 0 . 0 0 9 0 . 0 0 9 0 . 1 4 0 . 1 0 ， 0 . 0 4 ( )0 . 0 8 ( ) mmmm ，滿足間隙公差條件。 所以 0 0 0( ) ( 8 0 . 7 5 0 . 0 9 ) 8 . 0 70 . 0 0 9 0 . 0 0 9m i nddT T （ mm） + + 0 . 0 0 9 + 0 . 0 0 9A( Z ) ( 8 . 0 7 0 . 1 ) 8 . 1 7TA 0 0 0m i ndd （ mm） （ 3）沖孔 15 mm +0.11 0 15 mm +0.11 0 為 IT11 級，取 =0.75，則 0 . 0 1 1 , 0 . 0 1 1m m m mT A，校核：m a x m i nZZTA ，即 0 . 0 1 1 0 . 0 1 1 0 . 1 4 0 . 1 0 ， 0 . 0 2 2 ( ) 0 . 0 4 ( )m m m m ，滿足間隙公差條件。 所以 0 0 0( ) (1 5 0 . 7 5 0 . 1 1 ) 1 5 . 0 80 . 0 1 1 0 . 0 1 1m i nddT T （ mm） + + 0 . 0 1 1 + 0 . 0 1 1A( Z ) ( 1 5 . 0 8 0 . 1 ) 1 5 . 1 8TA 0 0 0m i ndd （ mm） （ 4） 落料 65 mm 0-0.19 65 mm 0-0.19 為 IT11 級，取 =0.75，則 0 . 0 1 9 , 0 . 0 1 9m m m mT A，校核：m a x m i nZZTA ，即 0 . 0 1 9 0 . 0 1 9 0 . 1 4 0 . 1 0 ， 0 . 0 3 8 ( ) 0 . 0 4 ( )m m m m ，滿足間隙公差條件。 所以 0 . 0 1 9 0 . 0 1 9( ) ( 6 5 0 . 7 5 0 . 1 9 ) 6 4 . 8 6m a x 0 0 0ADDA （ mm） 0 0 0D = ( D Z ) = ( 6 4 . 8 6 - 0 . 1 0 ) = 6 4 . 7 6T A 0 . 0 1 9 0 . 0 1 9m i n A （ mm） （ 5）孔心距尺寸 2 0 0 .0 6 5mm 1L L 2 0 0 . 1 2 5 2 0 . 0 6 5 2 0 0 . 0 1 6d 8 （ mm） 式中 : , DTAD 落料凹、凸模刃口尺寸， mm； A , d dT沖孔凹 、凸 模刃口尺寸， mm； ,m ax m inDD落料件的最大、最小極限尺寸， mm； max mind ,d沖孔件最大、最小極限尺寸， mm； LLd， 工件中心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸， mm； Z m axm inZ ， 最小、最大 合理間隙， mm； 系數(shù)， mm； ,TA 凸、凹模制造偏差， mm。 2.3.2 排樣 排樣就是沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。合理的排樣方式有利于提高材料的利用率，節(jié)約成本。材料利用率 是指沖裁件的實際面積與所用板材面積的百分比， 的值越大，材料的利用率越高。 沖裁所產(chǎn)生的廢料可分為兩類，即結(jié)構(gòu)廢料和 工藝廢料。結(jié)構(gòu)廢料，由沖裁件的形狀特點產(chǎn)生的廢料；工藝廢料，由于沖裁件之間、沖裁件與條料側(cè)邊之間的搭邊，以及料頭、料尾和余邊料而產(chǎn)生的廢料。要提高材料利用率，主要應(yīng)從減少工藝廢料開始，可以通過設(shè)計合理排樣方案、選擇合適的板材規(guī)格、改變零件的結(jié)構(gòu)形狀來提高利用率。 搭邊是排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料。搭邊雖然是工藝廢料，但在沖裁工藝中卻有很大的作用：（ 1）搭邊補償了定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格零件；（ 2）搭邊可以增加條料剛度，方便條料送進(jìn)，提高勞動生產(chǎn)率；（ 3）搭邊還可以避免沖裁 時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，從而提高了模具的使用壽命。搭邊值的大小對沖裁過程及沖裁件的質(zhì)量有很大的影響，因此一定要合理確定搭邊值。搭邊值過大，材料利用率低；搭邊值過小時，搭邊的強度和剛度不夠，容易造成沖裁不均勻，損壞模具刃口。