畢業(yè)設(shè)計（論文）-玻璃升降器外殼沖壓工藝規(guī)程設(shè)計及落料拉深復(fù)合模具設(shè)計

I 摘要 模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到模具在制造中的重要地位，認(rèn)識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 本次設(shè)計利用 CATIA 在建模方面的強(qiáng)大能力，對汽車玻璃升降器外殼的整套模具進(jìn)行并裝配。通過實體建模系統(tǒng)，可以進(jìn)行快速的概念設(shè)計，通過定義設(shè)計中的不同部件間的數(shù)學(xué)關(guān)系將它們的需求和設(shè)計限制結(jié)合在一起；基于特征的實體建模和編輯能力使得設(shè)計者可以通過直接編輯實體特征的尺寸，或通過使用其他幾何編輯和構(gòu)造技 巧，來改變更新實體。 CAD、 CAE 在設(shè)計中的同步使用，計算分析與設(shè)計同步，使設(shè)計方案到優(yōu)化，從根本上保證產(chǎn)品質(zhì)量。 關(guān)鍵字：沖壓模具 實體建模 CATIA II Abstract Modern mould industry is known for never declining.People begin to realize the great importance of mould in manufacturing and perceive that the technical standard of mould has been regarded as a symbol that indicate the level of the manufacturing in a nation.Further more,mould determines the quality of the products,benefit and the capability of new products exploiting to a great extent. This paper mainly focuses on modeling and assembling the whole set moulds which are used to produce the sheathing of automobile glass riser by using the powerful function of CATIA in respect of modeling.Speedy conceptual design can be conducted by substantiality modeling system and their requirement and the programming restricts will be combined by the mathematic relation among different components in conceptual design.Basing on features,substantiality modeling and editing capacity help the designers changing and renewing substantiality by way of editing the dimension of substantiality features directly or other geometric editing and constructing techniques. For the sake of optimizing design plan,CAD and CAE can be used simultaneously in designing,calculating analysis and designing can be conducted at the same time.so that the quality of the product can be ensured at the rock bottom. Key words:press tool ；solid modeler ；CATIA III 目錄 摘要 . I Abstract. II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展 . 1 1.2 模具發(fā)展趨勢 . 2 1.2.1 現(xiàn)代模具設(shè)計與制造已步入信息化時代 . 2 1.2.2 現(xiàn)代模具設(shè)計的 CAD/CAE 技術(shù)的應(yīng)用 . 3 1.2.3 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展趨勢 . 3 1.3 本文的研究路線及研究內(nèi)容 . 4 第 2 章 升降器外殼的設(shè)計 . 6 2.1 玻璃升降器外殼的功用分析 . 6 2.2 沖壓件的工藝性分析 . 6 2.3 優(yōu)化選擇工藝方案及模具形式 . 7 2.3.1 計算毛坯尺寸 . 7 2.3.2 計算拉深次數(shù) . 8 2.4 中間工序 . 9 第 3 章 升降器外殼模具的工藝設(shè)計 . 11 3.1 確定工藝方案及模具形式 . 11 3.2 材料的排樣和毛坯計算 . 13 3.2.1 修邊余量的確定 . 13 3.2.2 毛坯尺寸展開計算 . 14 3.2.3 排樣與裁板方案的確定 . 14 3.3 部分工序參數(shù)的計算 . 15 3.3.1 初步計算拉深直徑 . 15 3.3.2 選取凸凹模的圓角半徑 . 15 3.3.3 計算各次拉深直徑 . 15 3.4 各工序沖壓力的計算 . 15 3.5 模具的壓力中心 . 18 第 4 章 模具主要零件的設(shè)計與計算 . 19 4.1 模具結(jié)構(gòu)的確定 . 19 4.1.1 模具的形式 . 19 4.1.2 輔助裝置 . 19 4.1.3 導(dǎo)向零件 . 19 IV 4.1.4 模架 . 19 4.2 模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 20 4.2.1 工作零件 . 20 4.2.2 定位零件 . 24 4.2.3 卸料、推件零件 . 24 4.2.4 導(dǎo)向零件 . 28 4.2.5 固定零件 . 29 第 5 章 模具的裝配與仿真 . 32 結(jié)論 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 致謝 . 36 附錄 1. 37 附錄 2. 38 1 第 1 章 緒論 1.1 模具行業(yè)的發(fā)展 近年來，由于我國國民經(jīng)濟(jì)的高速、穩(wěn)定的增長，促進(jìn)了我國模具工業(yè)的迅速發(fā)展壯大，因此，模具設(shè)計與制造專業(yè)或者相關(guān)的材料成型與控制專業(yè)已經(jīng)成為我國國內(nèi)具有優(yōu)勢的熱門專業(yè)之一。在日常生活中我們的許 多制品都是由模具來生產(chǎn)制造出來的，所以，越來越多的人開始從事模具行業(yè)的設(shè)計，因此，我國的模具設(shè)計水平有了進(jìn)一步的提高和發(fā)展的空間。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長，模具工業(yè)快速發(fā)展，必然會帶來模具工業(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(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)逐漸的成為衡量一個國家產(chǎn)品 制造水平的重要標(biāo)志和發(fā)展程度的標(biāo)志之一。 模具工業(yè)部發(fā)達(dá)將嚴(yán)重影響汽車、 IT 與電子技術(shù)產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品、航空航天、船舶、建材、家用電器等制造業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)。隨著社會的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場競爭越來越劇烈，迫使制造業(yè)在不斷改善產(chǎn)品的性能與品質(zhì)的前提下，最大限度地縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低成本，以便快速響應(yīng)用戶最新的需求，快速、高效地開發(fā)新產(chǎn)品是競爭取勝的以個關(guān)鍵因素。實現(xiàn)新產(chǎn)品的快速、高效開發(fā)涉及多種領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，例如，計算機(jī)輔助設(shè)計（ CAD）、計算機(jī)輔助工程（ CAE）、計算機(jī)輔助制造（ CAM）、新材料，以及產(chǎn) 品與相應(yīng)工藝裝備的快速成型、制造等，其中也別是有關(guān)模具的設(shè)計與制作技術(shù)。國外模具工業(yè)的逐步轉(zhuǎn)向我國發(fā)展，港資和臺資企業(yè)在不斷增加，臺資模具企業(yè)在國內(nèi)發(fā)展的比較快。然而國內(nèi)模具生產(chǎn)水平低，模具的價格只有發(fā)達(dá)國家的 1/3 或 1/5，這種相對較低的價格成為國內(nèi)模具進(jìn)入國際市場并與國外模具競爭的主要手段。國內(nèi)模具在出口的同時，進(jìn)口的外國模具也在不斷增加，尤其是高精度汽車模具需大量進(jìn)口。 國內(nèi)模具行業(yè)的結(jié)構(gòu)改革步伐日益加快，三資企業(yè)、民營企業(yè)得到了很大程度的發(fā)展，南方模具工業(yè)的發(fā)展比北方快，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、日本等發(fā)達(dá)國家相比還存在相當(dāng)大的差距。 這一些主要表現(xiàn)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(shè)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(shè)計和制造難度大，質(zhì)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(shè)計制造方法和手段方面基本達(dá)到了國際水平，模具結(jié)構(gòu)周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。 我國模具行業(yè)的發(fā)展前景非?？春?。新車型對模具有較大需求，整車的車型 2 需要大中型的汽車模具，因此模具工業(yè)一定要承擔(dān)起汽車零部件模具的設(shè)計，為我國汽車行業(yè)快速 進(jìn)入世界先進(jìn)行列發(fā)揮應(yīng)有的作用，從模具技術(shù)發(fā)展來看 高精度、低成本、交貨期短時今后模具發(fā)展的一個趨勢，模具的標(biāo)準(zhǔn)化加工和模具標(biāo)準(zhǔn)間的發(fā)展將會有力的促進(jìn)中國汽車工業(yè)的發(fā)展?？傊?，在 21 世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)化的大形勢下，全球的資本、技術(shù)、勞動力都在整合，加入 WTO 后，中國將成為世界制造基地，對我國模具工業(yè)來講，機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存，協(xié)作、規(guī)劃、管理將同時起步，以實現(xiàn)我國模具的跨越式發(fā)展。 1.2 模具發(fā)展趨勢 1.2.1 現(xiàn)代模具設(shè)計與制造已步入信息化時代 改革開放 30 多年來 ,中國模具生產(chǎn)作為一個產(chǎn)業(yè)有了翻天覆地的變 化。這種變化主要體現(xiàn)在三個方面 :產(chǎn)能變化、生產(chǎn)方式變化、技術(shù)革命。大多數(shù)人看到的是中國模具產(chǎn)業(yè)作為一個行業(yè)的從無到有、從小到大、從拾漏補(bǔ)缺到成為主力 ,以及模具需求和產(chǎn)量的快速增長變化。但更重要的是生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變和技術(shù)革命。后兩種變化是一種更加深刻、更加根本性的變化。生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變主要體現(xiàn)在 ,從過去傳統(tǒng)的小而全的后方車間、作坊式的生產(chǎn) ,轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨仁袌鰧I(yè)協(xié)作的大規(guī)模生產(chǎn)方式 ；從完全非標(biāo)生產(chǎn)到相對標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。模具生產(chǎn)技術(shù)革命 ,濃縮到一點就是企業(yè)信息化也就是數(shù)字化制造和信息化管理。 20 世紀(jì) 80 年代 前 ,很多模具是靠鉗工用手打磨出來的 ；90 年代 ,由于引入了數(shù)控加工機(jī)床、 edm 等較先進(jìn)的設(shè)備 ,大大地提高了模具的生產(chǎn)工藝水平 ,生產(chǎn)周期及模具的品質(zhì)也有了很大的縮短和改進(jìn)。高精度加工己經(jīng)把工人從繁重的體力勞動中解放出來。另一方面 ,cad/cam/cae 等計算機(jī)輔助技術(shù)在模具行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用 ,模具的設(shè)計及數(shù)控加工水平有了很大的提高 ,cad/cam/cae軟件對于模具技術(shù)人員的工作效率和設(shè)計的可靠性已經(jīng)有了很大的提高。目前各模具企業(yè)又面臨著一個新的課題 ,如何把企業(yè)管理也同樣從煩瑣的事務(wù)中解放出來 ,讓信息化管理 為企業(yè)的生產(chǎn)效率提升作出貢獻(xiàn)。所以模具企業(yè)管理的信息化己經(jīng)成為模具行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的必然趨勢。 模具生產(chǎn)是單件訂單式生產(chǎn) ,在管理信息化中有其強(qiáng)烈的特殊性。設(shè)計是制造的一部分 ,工藝設(shè)計不充分 ,設(shè)計與工藝信息可直接重復(fù)利用價值不大。因此 ,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)特點把握全面信息化管理與實用、簡化管理的平衡點 ,是信息化的關(guān)鍵。這就造成很難照搬成熟的管理軟件。例如汽車模具企業(yè)沒有傳統(tǒng)意義上的原材料 ,倉庫管理等等。購置的都是部件與部件的半成品 ,不存在入庫出庫過程 ,制造費(fèi)用的攤銷每個企業(yè)也是都不一樣。又比如成本核算更應(yīng)該采用項 目管理的辦法 ,而不是采用一般加工制造業(yè)的辦法 ,什么 pdm、 erp 等軟件不經(jīng)過徹底的改造是完全不適應(yīng)的。 3 1.2.2 現(xiàn)代模具設(shè)計的 CAD/CAE 技術(shù)的應(yīng)用 模具設(shè)計是隨工業(yè)產(chǎn)品零件的形狀、尺寸與尺寸精度、表面質(zhì)量要求以及其成型工藝條件的變化而變化的 ,所以每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。模具設(shè)計的內(nèi)容包括產(chǎn)品零件 (常稱為制件 )成型工藝優(yōu)化設(shè)計與力學(xué)計算和尺寸與尺寸精度確定與設(shè)計等 ,因此模具設(shè)計常分為制件工藝分析與設(shè)計、模具總體方案設(shè)計、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計四個階段。 CAD/CAE,計算機(jī)輔助設(shè)計 和輔助工程 ,它包括概念設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、計算機(jī)仿真、計算機(jī)輔助繪圖和計算機(jī)輔助設(shè)計過程管理等。應(yīng)用 CAD 技術(shù)可以設(shè)計出產(chǎn)品的大體結(jié)構(gòu) ,再通過CAE 技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、可行性評估和優(yōu)化設(shè)計。采用模具 CAD/CAE 集成技術(shù)后 ,制件一般不需要再進(jìn)行原型試驗 ,采用幾何造型技術(shù) ,制件的形狀能精確、逼真地顯示在計算機(jī)屏幕上 ,有限元分析程序可以對其力學(xué)性能進(jìn)行檢測。借助于計算機(jī) ,自動繪圖代替了人工繪圖 ,自動檢索代替了手冊查閱 ,快速分析代替了手工計算 ,使模具設(shè)計師能從繁瑣的繪圖和計算中解放出來 ,集中精力從事諸如方案 構(gòu)思和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作。在模具投產(chǎn)之前 ,CAE 軟件可以預(yù)測模具結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)的正確性。 當(dāng)今的概念設(shè)計已不僅僅是停留在對外觀和結(jié)構(gòu)的設(shè)計上 ,它已經(jīng)擴(kuò)展到對模具結(jié)構(gòu)分析的領(lǐng)域。對于運(yùn)用 CAD 技術(shù)設(shè)計出的模具 ,可運(yùn)用先進(jìn)的 CAE 軟件(尤其是有限元軟件 )對其進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、抗沖擊實驗?zāi)M、跌落實驗?zāi)M、散熱能力、疲勞和蠕變等分析。通過這些分析 ,可以檢驗前面的概念性結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理 ,分析出結(jié)構(gòu)不合理的原因和部位 ,然后再在 CAD 軟件中進(jìn)行相應(yīng)的修改。修改后再在 CAE 中進(jìn)行各種性能的檢測 ,最終確定滿足要求的模 具結(jié)構(gòu)。 當(dāng)今 CAD 技術(shù)的發(fā)展使得概念設(shè)計思想體現(xiàn)在相應(yīng)的模塊中。概念設(shè)計不再只是設(shè)計師的思維 ,系統(tǒng)模塊也融合了一般的概念設(shè)計理念和方法。目前 ,世界上大型的 CAD/CAE 軟件系統(tǒng) ,如 Pro/ENGINEER、 UG、 Solidworke、 Alias 等 ,都提供了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計的系統(tǒng)模塊 ,我們稱之為工業(yè)設(shè)計模塊或概念設(shè)計模塊。例如 ,Pro/ENGINEER就包含一個工業(yè)設(shè)計模塊 ProDesign,用于支持自上而下的投影設(shè)計 ,以及在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動設(shè)計。此模塊工具包括概念設(shè)計的二 維非參數(shù)化的裝配布局編輯器。這些系統(tǒng)模塊的應(yīng)用大大減少了設(shè)計師的工作量 ,節(jié)約了工作時間 ,提高了工作效率 ,使設(shè)計師把更多的精力用在新產(chǎn)品的開發(fā)及創(chuàng)新上。 1.2.3 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的發(fā)展趨勢 模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)在現(xiàn)實生產(chǎn)中已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。未來的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面； 1、標(biāo)準(zhǔn)化 CAD/CAM 系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫、非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)零件庫中的零件在 CAD 設(shè)計中可以隨時調(diào)用，并采用組成技術(shù)GT（ Group Technology） 生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫中存放的零件，雖然與設(shè)計所需結(jié) 4 構(gòu)不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)可以方便地進(jìn)行修改，從而加快設(shè)計過程，使典型模具結(jié)構(gòu)庫在參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。 2、智能化 CAD/CAM 系統(tǒng)智能化主要表現(xiàn)在專家系統(tǒng)思想的引入，通過虛擬專家來處理模具設(shè)計制造中的為題，專家系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)模塊、知識庫模塊和控制模塊，專家系統(tǒng)可以解決知識表示、特征統(tǒng)計、推理方法及感念設(shè)計等問題，具有啟發(fā)性、靈活性等特點。整個系統(tǒng)具備人工智能理想的智能模具 CAD/CAM 系統(tǒng)響應(yīng)，自動生產(chǎn)設(shè)計方案，對方案進(jìn)行優(yōu)化評建和選擇 ，并對模具設(shè)計制造提供全方位的過程響應(yīng)和處理。 3、集成化 模具 CAD/CAM 技術(shù)與 GT（ Group Technology）、 CE（ Concurrent Engineering）、 CAECAPP(Computer Aided Process Programming)等技術(shù)密切相連，組成一個有機(jī)的整體，其關(guān)鍵在于建立一個統(tǒng)一的全局模具產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，在產(chǎn)品開發(fā)，模具設(shè)計中，提供全部的信息，并行技術(shù)和管理技術(shù)，體現(xiàn)了系統(tǒng)化思想直至發(fā)展為 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。 4、網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同設(shè)計 隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷加大，要做到資源信息共享、交換等，網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計的發(fā)展式必然的，以微機(jī)為中心的只能工作站構(gòu)成CAD/CAE/CAM/CAPP 微機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)靈活，功能強(qiáng)大，并伴隨著 Internet 的進(jìn)一步拓展，系統(tǒng)提供了異地設(shè)計人員在同一時間對同一個參數(shù)進(jìn)行評價和修改，實現(xiàn)異地操作與數(shù)據(jù)交換，使一個項目在多臺計算機(jī)上協(xié)作完成，以適應(yīng)不同地區(qū)的現(xiàn)有資源和生產(chǎn)設(shè)備資源的要求和利用。這種基于 Internet 下的協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)了企業(yè)間的“集成化”，它 將成為模具制造也全球化的發(fā)展趨勢。 1.3 本文的研究路線及研究內(nèi)容 此次設(shè)計主要圍繞著玻璃升降外殼沖壓模具設(shè)計展開的，通過對玻璃升降器外殼的分析，運(yùn)用落料、沖孔、拉深和翻邊等沖壓工序設(shè)計復(fù)合模具。通過查閱資料。認(rèn)真分析了要完成的任務(wù)，制定了一下研究路線： 1、 對零件進(jìn)行工藝分析，進(jìn)行沖壓工藝方案及模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。 2、 對復(fù)合沖壓模具零部件工藝參數(shù)進(jìn)行參數(shù)選擇及計算。 3、 確定沖壓加工工藝規(guī)程，繪制復(fù)合沖壓模具裝配圖和零件圖。 4、 利用 CAD/CAE/CAM 技術(shù)進(jìn)行裝配仿真，干涉實驗。 設(shè)計沖壓復(fù)合模具時，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 ，需要充分考慮一下幾個方面的問題： 1、 壓力機(jī)的許用壓力和復(fù)合模壓力的關(guān)系。 2、 復(fù)合模中凹凸模的設(shè)計。 3、 復(fù)合模選用的模架。 4、 復(fù)合模中的卸料和推薦裝置。 5、 復(fù)合模工作部分零件的材料選用。 5 6、 復(fù)合模中配合尺寸的選取。 本文主要內(nèi)容：本文首先介紹了模具行業(yè)在國內(nèi)外的一些發(fā)展情況，以及模具行業(yè)的發(fā)展趨勢，重點介紹了模具 CAD/CAE/CAM 在現(xiàn)實生產(chǎn)中的應(yīng)用和未來的發(fā)展趨勢。對玻璃升降器外殼模具進(jìn)行設(shè)計，其中包括：零件的功用分析、模具生產(chǎn)有關(guān)參數(shù)的計算、工藝規(guī)程設(shè)計、零部件的工藝設(shè)計、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓力中心的選擇、壓力機(jī)的 選擇等；之后重點設(shè)計了落料拉深復(fù)合模的結(jié)構(gòu)，利用CATIA 建模功能以及運(yùn)動仿真模塊，對做好的落料拉伸復(fù)合模零件進(jìn)行裝配，最會進(jìn)行干涉仿真。在最后通過分析，給出給論。之后對所用所學(xué)的知識進(jìn)行總結(jié)，取得了一定成果。 信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經(jīng)濟(jì)全球化的去試下， CAD/CAE/CAM 技術(shù)越發(fā)凸顯了其再現(xiàn)實生產(chǎn)中的重要地位。 CAD/CAE/CAM 技術(shù)可以將設(shè)計與生產(chǎn)設(shè)備連接，設(shè)計人員在計算機(jī) CADCAE 環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計、分析后，不再出工藝圖，直接發(fā)出加工指令，生產(chǎn)設(shè)備接受該指令后，自動對設(shè)計方案識別，對原料加 工生產(chǎn)，即實現(xiàn)計算機(jī)輔助加工管理 CAM，節(jié)省了大量的人力、物力、財力。通過本次設(shè)計，我對 CAD/CAE/CAM 技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)識，為日后走出校園步入社會積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。 6 第 2 章 升降器外殼的設(shè)計 2.1 玻璃升降器外殼的功用分析 該沖壓件是玻璃升降器的外殼，采用 1.5mm 的鋼板沖壓而成，可保證足夠的剛度與強(qiáng)度（零件圖 2.1）。該沖壓件工作時受力不大，對其強(qiáng)度和剛度的要求不太高。該沖壓件，產(chǎn)量屬于中批量生產(chǎn)，外形較為復(fù)雜但分布對稱，這次涉及的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼板 08 鋼 ，采用沖壓加工經(jīng)濟(jì)型良好。沖壓件的材料力學(xué)性能如下表 2.1： 表 2-1 沖壓件的材料力學(xué)性能 材料 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強(qiáng)度 /MPa 抗拉強(qiáng)度 b/MPa 伸長率 /% 屈服強(qiáng)度 /a MPa 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 08 已退火 260 360 330 450 32 200 圖 2-1 零件圖 2.2 沖壓件的工藝性分析 外殼內(nèi)強(qiáng)的主要配合尺寸 16.5mm、 22.3mm、 16mm 為 IT11-IT12 級。為確保在鉚合固定后，其承托部位與軸套的同軸度，三個 3.2mm小孔與 16.5mm間的相對位置要準(zhǔn)確。小孔中心園直徑 42 0.1mm 為 IT10 級。此零件為旋轉(zhuǎn)體，其形狀特征表明，是一個帶凸緣的圓筒形件。其主要的形狀、尺寸可以由拉深、翻邊、沖孔等沖壓工序獲得。作為拉伸成 型尺寸，拉伸工藝較好。 22.3mm、 16mm 的公差要求偏高，拉伸件底部及口部的圓角半徑 R1.5mm 也偏小，故應(yīng)在拉伸之后，另加工整形工序，并用制造精度較高、間隙較小的模具來達(dá)到。三個 7 小孔 3.2mm 的中心圓直徑 42 0.1mm 的精度要求較高，按沖裁見工藝性分析，應(yīng)以 22.3mm 的內(nèi)經(jīng)定位，用高精度（ IT7 級以上）沖模在一道工序中同時沖出。 外殼的形狀表明，零件為拉伸件，所以拉伸為基本工序。凸緣上三小口由沖口工序完成。該零件 16.5mm 部分的成形，可以有三種方法：一種可以采用階梯拉伸后車去底部；另一種 可以采用階梯拉伸后沖去底部；第三種可以采用拉伸后沖低孔，再翻邊的方法（圖 2-2） 第一種方法車底的質(zhì)量較高，但生產(chǎn)綠地且廢料，該零件底部要求不高，一般不采用。第二種方法較第一種方法效率高，但在沖去底部之前，要求底部圓角半徑接近于零，因此需要增加一道整形工序，而且質(zhì)量不易保證。第三種方法生產(chǎn)效率高，且省料，翻邊的端部質(zhì)量雖不及前倆種好，但由于該零件對這一部分的高度和孔口端部質(zhì)量要求不高，而高度 21mm 和 R1倆個尺寸正好是用翻邊可以保證的。經(jīng)過比較，第三種方法較為合理。 a)車切； b)沖切； c)沖孔翻邊 圖 2-2 外殼底部的成型方案 因此，該外殼零件的沖壓生產(chǎn)要用到的沖壓加工基本工序有：落料、拉伸（可能多次）、沖三個小孔、沖低孔、翻邊、切邊和整形等。用這些工序的組合可以提出多種不同的工藝方案。 2.3 優(yōu)化選擇工藝方案及模具形式 通過對汽車玻璃升降器外殼零件的工藝性分析，結(jié)合具體生產(chǎn)條件，優(yōu)化選擇該零件的工藝方案及模具形式，使其盡量滿足工藝行合理、經(jīng)濟(jì)性合算的原則。具體內(nèi)容如下： 2.3.1 計算毛坯尺寸 在計算毛坯尺寸以前需要先確定翻邊前的半成品形狀和 尺寸。翻邊前是否也需要拉成階梯零件，這樣核算翻邊的變形程度。零件 16.5mm 處的高度尺寸為：H=21-16=55mm。 根據(jù)翻邊公式，翻遍高度 H為： H= 0.5d1(1-k)+0.43Rd+0.72t （ 2 1） K：翻邊系數(shù)； Rd：翻遍處圓角半徑； t ：坯料厚度。 經(jīng)變換后，有： 8 K=1-2/d(H-0.43Rd-0.72t)=1-2/18 (5-0.43 1-0.72 1.5)=0.61 即翻邊處高度 H=5mm；翻邊系數(shù)達(dá) K=0.61.由此可知其預(yù)加工小孔孔徑： d0=d1 K=18 0.61=11mm （ 2 2） d1：翻邊孔直徑。 由 d0/t0=11/1.5=7.3,查沖壓模具設(shè)計大典表 19.5-1，當(dāng)用圓柱形凸模，預(yù)加工小孔為沖制時，其極限翻邊 Kfr=0.50k=0.61,即一次能翻出豎邊 H=5mm 的高度。故翻邊前，該外殼半成品可部位階梯形，其翻邊前的半成品形狀與尺寸如圖 2-3 所示。圖中法蘭邊直徑 54mm 是根據(jù)工作法蘭邊直徑 50mm、加上拉伸時的修邊余量取為 4mm 而確定的，于是，該零件的坯料直徑 D0可按模具設(shè)計大典第 三卷 表 19.4 4中公式計算： D0 = 2 4 3 . 4 4d p d H d r = 25 4 4 2 3 . 8 1 6 3 . 4 4 2 3 . 8 2 . 2 5 （ 2 3） 圖 2-3 翻邊前的半成品圖 2.3.2 計算拉深次數(shù) Df/d3= 5422.3=2.42,屬寬凸緣筒形件。 零件拉伸系數(shù)： mf=d/D0=23.865=0.37 , t/D0 100=1.565 100=2.3 （ 2 4） D :第三次拉伸凸圓筒形件內(nèi)徑，單位 mm。 D0：毛坯直徑，單位 mm。 由此查模具設(shè)計大典得， mc=0.42.如果采用二次拉伸，若取 m1=0.45,由 d1=m1d0=0.45 65mm 29mm,則 m2=d3/d1=22.329 0.768 （ 2 5） d1:第一次拉伸零件內(nèi)徑，單位 mm。 d3:第三次拉伸凸圓筒形件內(nèi)徑，單位 mm。 查模具設(shè)計大典有 m2=0.7680.5，故能由沖孔后直接翻邊獲得 H=0.5mm 的高度。翻邊前的拉深件形狀與尺寸如圖 3-5所示。 14 圖 3-5 翻邊前的拉伸件 3.2.2 毛坯尺寸展開計算 實際凸緣直徑 d凸 =d凸 +2 =（ 50+3.5） mm 54mm。 毛坯直徑 D 引入公式（ 2 3）計算： D= 2 4 3 . 4 4d p d H d r = 25 4 4 2 3 . 8 1 6 3 . 4 4 2 3 . 8 2 . 2 5 65mm 3.2.3 排樣與裁板方案的確定 1、制件的毛坯為簡單的圓柱形，而且尺寸比較小，考慮到操作方便，宜采用單排。 t=1.5mm，查模具設(shè)計大典軋制薄鋼板 擬選用規(guī)格為： 1.5mm 750mm 1420mm 的板料。 2、 排樣設(shè)計 圖 3-6 排樣圖 確定搭邊值 倆工件間的橫搭邊 a1=1.2mm； 倆工件間的縱搭邊 A=1.0mm； 布距 S=D+a=65+1=66mm； 條料寬度 B=(D+2a1+ )- 0=67.55-0.150； 故一個布距內(nèi)的材料利用率 為： =A/BS*100%= (D/2)2 100%=74.4% （ 3 2） 由于直板材料選取 1.5 750 1420 故每板料可裁剪 11 21=231 個工件，故每塊板料（ 1.5 750 1420）的利用率為： =nA/LB 100%=231 (D/2)2/(750 1420) 100%=71.9% 15 3.3 部分工序參數(shù)的計算 3.3.1 初步計算拉深直徑 由于該工件需要三次拉深，查 沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)，首次拉深系數(shù)m1、二次拉深系數(shù) m2、二次拉深系數(shù) m3： 初步計算各次拉深直徑為： d1=m1D=0.56 65 36.4mm （ 3-3） d2=m2d1=0.805 36.4 29.12mm d3=m3d2=0.812 29.12 23.8mm 3.3.2 選取凸凹模的圓角半徑 首次拉深凹模圓角半徑 rd1，根據(jù)沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)可知： rd1=0.8 =0.8 (6 5 3 5 ) * 1 .5 5.36mm，取 rd1=5.5mm 又有公式 rdn=（ 0.6 0.08） rdn-1 （ 3 4） 計算各次拉深凹模與凸模的圓角半徑，分別為： rd1=5.5mm rp1= 4mm rd2= 4mm rp2=2.5mm rd3= 3mm rp3=1.5mm 3.3.3 計算各次拉深直徑 根據(jù)沖壓模具設(shè)計與制造技術(shù)式 Hn=（ D2-dtn2+3.44rndn） /4dn （ 3 5） 計算各次拉深高度如下： H1=(D2-dt12+3.44r1d1)/4d1=(652-542+3.44 4.75 36.4)/4 36.4 13mm H2=(D2-dt22+3.44r2d2)/4d2=(652-542+3.44 3.25 29.12)/4 29.12 14mm H3=(D2-dt32+3.44r3d3)/4d3=(652-542+3.44 2.25 23.8)/4 23.8 16mm 3.4 各工序沖壓力的計算 工序一： 由 1郝濱海編著沖壓模具簡明設(shè)計手冊第 19 頁公式 2.72.10 可得： 一般平刃口沖裁時，其沖裁力 F 落料 可按下式計算：即 F 落料 =1.3Lt （ 3 6） 式中 t 材料厚度， mm； L 沖裁周長， mm； 材料的抗剪強(qiáng)度， MPa。見表 2.1。 卸料力 Fxi可按 下式計算：即 Fxi=kxiF 落料 （ 3 7） 式中 F 落料沖裁力， N； 16 kxi卸料力， N； Kd推出系數(shù)，見表 3.1。 表 3-1 卸料力、推件力系數(shù) 料厚 /mm kxi kd 鋼 0.1 0.1 0.5 0.5 2.5 2.5 6.5 6.5 0.065 0.075 0.045 0.055 0.04 0.05 0.03 0.04 0.02 0.03 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 鋁、鋁合金 0.025 0.08 0.03 0.07 紫銅、黃銅 0.02 0.06 0.03 0.09 由郝濱海編著。沖壓模具簡明設(shè)計手冊第 147 頁表 4.35 可得： 筒形件由壓邊拉深的首次拉深力 P 計算公式： F1= d1t bK1 （ 3 8） 式中 F1首次拉深力， N； d1 首次拉深直徑， mm； t 材料厚度 ,mm； b板料抗拉強(qiáng)度 ,MPa；見表 2.1 K1 修正系數(shù)，按表 3.2 選取。 首次后的各次拉深力 P 計算公式： P= dnt bK2 （ 3 9） 式中 P首次后的各次拉深力， N； dn第 n次拉深直徑 ,mm； t 材料厚度 ,mm； b板料抗拉強(qiáng)度 ,MPa；見表 2.1； K2 修正系數(shù)， 按表 3.3 選取。 17 表 3-2 修正系數(shù) K1 首次拉 深系數(shù) M1 0.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 K1 1.0 0.93 0.86 0.79 0.72 0.66 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 表 3-3 修正系數(shù) K2 首次拉 伸系數(shù) m1 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 0.85 0.90 0.95 K2 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.70 0.60 0.50 由郝濱海編著。沖壓模具簡明設(shè)計手冊第 150 頁表 4.464.48 可得： 筒形件拉伸件首次拉深時壓邊計算公式： FQ1=AFq=4(D2-d12)Fq （ 3 10） 式中 FQ1首次拉深時的壓邊力， N； D 坯料直徑， mm； d1 首次拉深直徑， mm； q 單位壓邊力， MPa；見表 3.4. 18 表 3-4 各種材料拉深時的單位壓邊 在單動壓力機(jī)上拉深時 的單位壓邊力 材料 q/MPa 鋁 0.8 1.2 紫銅 1.2 1.8 黃銅 1.5 2.0 壓軋青銅 2.0 2.5 20 鋼、 08 鋼、鍍錫鋼板 2.5 3 軟化耐熱鋼 2.8 3.5 高合金鋼、高錳鋼、不銹鋼 3 4.5 落料力：由公式（ 3.4） F 落料 =1.3 2 65 1.5 325=129.34KN 卸料力：由公式（ 3.5） Fxi=KxiF 落料 =0.05 129.34=6.47KN 拉深力：由公式（ 3.6） F1= d1t bK1= 36.4 1.5 235 0.96=53.49N 壓邊力：由公式（ 3.8） FQ1=AFq=4(D2-d12)Fq =5.01KN 所以，總壓力 F 總沖壓力 1=F 落料 +Fxi+Fd+F1+FQ1=174.4KN 初選壓力機(jī)：故初選壓力機(jī)公稱壓力為 250KN，型號為 J23-25. 工序二： 拉深力：由公式（ 3.7） F2= d2t bK2= 29.12 1.5 235 0.8=25.79KN 壓邊力：由公式（ 3.8） FQ2=A2Fq=4(D2-d12)Fq=436.42-29.122 2.2=0.82KN 總壓力： F 總沖壓力 2=FQ2+F2=36.48KN 故初選壓力機(jī)公稱壓力為 63KN，型號為 J23-6.3。 工序三： 拉深力：由公式（ 3.7） F3= d3t bK3= 23.8 1.5 235 2=52.69KN 壓邊力：由公式（ 3.8） FQ3=A3Fq=4(d22-d32)Fq=429.122-23.82 2.2=0.49KN 總壓力： F 總沖壓力 3=FQ3+F3=7.78KN 故初選壓力機(jī)公稱壓力為 63KN，型號為 J23-6.3。 3.5 模具的壓力中心 由于該沖壓件事完全對稱于相互垂直的倆條對稱中心線，所以該模具的壓力中心在沖壓件的中心點上。 19 第 4 章 模具主要零件的設(shè)計與計算 4.1 模具結(jié)構(gòu)的確定 這次 設(shè)計主要討論的模具式工序一的落料拉深復(fù)合模具。 4.1.1 模具的形式 復(fù)合模又分為正裝式和倒裝式。 這次設(shè)計的落料拉深復(fù)合?？捎谜b式復(fù)合模又可用倒裝式復(fù)合模，正裝式復(fù)合模的受力情況比倒裝式復(fù)合模好，廢料不在凸凹模內(nèi)積聚，壓力機(jī)回城時，廢料即從凸凹模內(nèi)推出。同時考慮到對薄料的平整度要求較高，決定采用正裝式復(fù)合模。 4.1.2 輔助裝置 沖壓件的定位：沖壓件的定位主要由凹模的形狀和尺寸來保證。 4.1.3 導(dǎo)向零件 導(dǎo)向零件有很多，如用導(dǎo)板導(dǎo)向，則在模具上安裝不方便，而且阻擋操作員的視線，所以不采用 ；若用滾 珠式導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，雖然導(dǎo)向精度高，壽命長，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以也不宜采用；針對這次工件的加工工序的精度要求不高，采用滑動式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，而且使模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡單，操作又方便，還可以降低成本。 4.1.4 模架 模架由中間導(dǎo)柱模架、對角導(dǎo)柱模架、后側(cè)導(dǎo)柱模架。 若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對稱分布，受力平衡，滑動平穩(wěn)，可縱向或橫向送料；若采用后側(cè)導(dǎo)柱模具，則可以三方向送料，操作員視線不被阻擋，結(jié)構(gòu)比較緊湊，但模具受力不太平衡，滑動不夠平衡。 本設(shè)計以結(jié)構(gòu)方面和減少模具材料為目的，決定采用后側(cè)導(dǎo)柱 模架。上、下模板上不僅要安裝沖模的全部零件，而且要承受和傳遞沖壓力。因此，模板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果剛度不足，工作時會產(chǎn)生較大的彈性變形，導(dǎo)致模具零件迅速磨損或破壞，使沖模壽命顯著降低。 模具設(shè)計時，通常是按標(biāo)準(zhǔn)選用模架或模座。進(jìn)行模板設(shè)計時，矩形模板的長度應(yīng)比凹模長度大 4070mm，而寬度取凹模寬度相同或稍大。另外，下模板的輪廓尺寸還應(yīng)比壓力機(jī)工作臺漏料孔每邊至少大 4050mm。模板厚度可參照凹模厚度估算，通常凹模厚度的 11.5 倍。 上、下模板的導(dǎo)柱、導(dǎo)套安裝孔通常采用組合加工，以保證上、下模 板孔距的一致。模板上、下平面之間還有平行度要求。模板大多是鑄鐵或鑄鋼件，這里選用鑄鐵件，其結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足鑄造工藝要求。另外，大型模板上還設(shè)置其重孔或起吊裝置、對角布置和四角布置四種。中間兩側(cè)布置時，受力平衡，但只能一個方 20 向送料，多用于彎曲模和拉深模。對角布置方式受力也比較平衡，使用時可以倆個方向送料，操作較為方便。采用四個導(dǎo)柱、導(dǎo)套四角布置的導(dǎo)向裝置。受力最均勻，導(dǎo)向精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，僅用于大型沖模或?qū)ぜ纫筇貏e高的場合。采用中間倆側(cè)布置和對角布置時，倆導(dǎo)柱（導(dǎo)套）的直徑一般不相等，以避免裝錯方向時損害 凸、凹模刃口。后側(cè)布置時，導(dǎo)柱、導(dǎo)套受力不平衡，影響導(dǎo)向精度。但它三個方向敞開，送料操作方便容易實現(xiàn)機(jī)械化，自動化生產(chǎn)。該模具對導(dǎo)向要求不太嚴(yán)格且沖壓偏移力不大，故采用這種布置方式。 模具閉合高度：最大 205mm,最小 170mm。 模具的實際閉合高度，一般為： H模 =上模板厚度 +墊板厚度 +沖頭長度 +凹模厚度 +凹模墊塊厚度 +下模板厚度 -沖頭進(jìn)入凹模深度。 該副模具因上模部分為用墊板，下模部分為用凹模墊塊（經(jīng)計算，模板上所受到的壓應(yīng)力小于模座材料所允許的壓