我的本科畢業(yè)論文(非原創(chuàng)).doc

吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 摘 要 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 從而獲得所需沖件的一種壓力加工方法 沖壓通常是在常溫下對(duì) 材料進(jìn)行冷變形加工 且主要采用板料來加工成所需零件 所以也叫冷沖壓 或板料沖壓 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具 簡(jiǎn)稱沖模 沖模是將材料 金屬或非金屬 批量加工成所需沖件的專用工具 本次設(shè)計(jì)選用沖裁和拉深沖壓工藝 1 沖裁是利用模具使板料產(chǎn)生分 離的沖壓工序 主要包括沖孔和落料工序 沖孔是指在板料或者工件上沖出 所需形狀的孔 沖去的為廢料 而落料是指從板料上沖下所需形狀的零件或 者毛坯 2 拉深是利用具有一定圓角半徑的拉深模 將平板毛坯或空心件 毛坯沖壓成各種空心零件的沖壓過程 拉深件的幾何形狀很多 大體可以劃 分為旋轉(zhuǎn)體零件 盒形零件 和復(fù)雜曲面零件三大類 拉深變形存在于很多 成形工序之中 掌握拉深變形特點(diǎn)和拉深變形規(guī)律有著十分重要的意義 本次設(shè)計(jì)任務(wù)包含兩副模具 通過對(duì)法蘭拉深圓筒形件的工藝分析 合 理設(shè)計(jì)了 1 副完成落料 首次拉深的落料拉深復(fù)合模和 1 副末次拉深模 關(guān)鍵字 沖壓 拉深 沖模 復(fù)合模 拉深模 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II ABSTRCT Stamping is a kind of pressure processing methods what are to pressure force from the mold installed in stamping equipment to the material to produce plastic deformation or separation to obtain the necessary pieces Stamping is usually to proceed deformation of the material cold processing at room temperature and material to become deformed in the deformation processes mainly sheet metal parts as required also known as cold or sheet metal stamping The die used in stamping process is called stamping die or die Die is put the materials metal or non metallic for bulk processed into pieces by the special instrument The choice of design are drawing and blanking stamping technics 1 Blanking is stamping processes to have a separate sheet metal by the using of molds mainly including punching and blanking processes Punching is punch the the necessary forms holes in the sheet metal or the workpieces for the waste to The blanking is expected from the on board requirements under the shape of parts or rough 2 Drawing is the stamping process which uses a certain radius of the fillet drawing dies put flat or rough rough hollow ram into a variety of hollow parts Drawing prrts have many geometric shapes which can be roughly divided into three categories that is rotating body parts box shaped parts components and complex surface Drawing deformation exists in many forming processes so mastering drawing deformation characteristics and the drawing of deformation is very important The design task includes two dies by the analysis of law Lanla deep cylinder shaped pieces getting the rational design of a 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III compound die which inclodes complete blanking and the first time drawing processes and a single drawing process die Key words blanking drawing die combined die drawing die 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 IV 目錄目錄 第一章 緒論 1 1 1 引言 1 1 2 冷沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 1 2 1 冷沖壓技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 2 1 2 2 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 3 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的意義和設(shè)計(jì)內(nèi)容 9 1 3 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的意義 9 1 3 2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 10 第二章 沖壓概論及原理 11 2 1 沖壓成形的特點(diǎn) 11 2 2 沖壓成形中毛坯的分析 12 2 3 沖壓變形中的應(yīng)力 14 2 4 沖壓成形中的起皺 19 2 5 沖裁變形機(jī)理 21 2 6 拉深 24 第三章 模具設(shè)計(jì) 27 3 1 設(shè)計(jì)產(chǎn)品 27 3 2 零件工藝分析 27 3 3 零件的工藝方案的確定 28 3 4 毛坯尺寸的計(jì)算 28 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 V 3 5 判斷能否一次拉成 29 3 6 試制訂首次拉深因數(shù) 30 3 7 排樣方式和材料利用率 33 3 7 1 排樣方式 33 3 7 2 材料利用率 35 3 8 確定拉深系數(shù) 35 3 9 工序壓力計(jì)算 37 3 9 1 計(jì)算沖壓力 37 3 9 2 計(jì)算壓邊力 拉深力 39 3 10 選用壓力機(jī) 41 3 10 1 落料拉深模具 41 3 10 2 末次拉深模具 42 3 11 確定模具壓力中心 42 3 12 要工作部分尺寸的計(jì)算 43 3 12 1 沖裁模具 43 3 12 2 拉深模具 45 3 13 模具類型及結(jié)構(gòu)選擇 47 3 13 1 落料拉深模 47 3 13 2 末次拉深模具 49 3 14 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇 50 3 14 1 落料拉深模卸料裝置的設(shè)計(jì)計(jì) 50 3 14 2 模架選擇 53 第四章 結(jié)論 54 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 VI 4 1 致謝 54 4 2 主要參考文獻(xiàn) 55 4 3 附錄 56 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第一章 緒論 1 1 引言 沖壓加工技術(shù)應(yīng)用范圍十分廣泛 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門中 幾乎都有 沖壓加工或沖壓產(chǎn)品的生產(chǎn) 如汽車 飛機(jī) 拖拉機(jī) 電機(jī) 電器 儀表 鐵道 電信 化工以及輕工日用產(chǎn)品中均占有相當(dāng)大的比重 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備上的磨具對(duì)材料施加壓力 使其產(chǎn)生分離或 塑性變形 從而獲得所需沖件的一種壓力加工方法 沖壓通常是在常溫下對(duì) 材料進(jìn)行冷變形加工 且主要采用板料來加工成所需零件 所以也叫冷沖壓 或板料沖壓 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具 簡(jiǎn)稱沖模 沖模是將材料批 量加工成所需沖件的專用工具 沖模在沖壓中至關(guān)重要 沒有符合要求的沖 模 批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行 沒有先進(jìn)的沖模 先進(jìn)的沖壓工藝就難以實(shí) 現(xiàn) 沖壓工藝與模具 沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素 沖壓加 工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 尤其是在沖壓件大批量 生產(chǎn)的情況下 沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)能得到充分體現(xiàn) 并獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益 沖壓零件具有表面質(zhì)量好 重量輕 成本低的優(yōu)點(diǎn) 它是一種經(jīng)濟(jì)的加工方 法 沖壓工藝是一種生產(chǎn)效率很高 少切削或無(wú)切削的先進(jìn)加工方法 在經(jīng) 濟(jì)和技術(shù)方面都有很多優(yōu)點(diǎn) 它操作簡(jiǎn)便 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 適合 與較大批量零件生產(chǎn) 其制品一般都不需要做進(jìn)一步的機(jī)械加工 尺寸精度 和互換性都比較好 所以 它在航空 汽車 拖拉機(jī) 點(diǎn)擊電器 精密儀器 儀表等工業(yè)中占有重要的地位 此外 隨著加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)放入需要和和人們 物質(zhì)生活水平的提高 在注入家電 電子元器件和兵器等領(lǐng)域內(nèi) 冷沖壓加 工量也有相當(dāng)大的比例 可見 支持和促進(jìn)冷沖壓加工技術(shù) 對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng) 濟(jì)和加速工業(yè)化建設(shè) 具有十分重要的意義 由于沖壓加工具有節(jié)材 節(jié)能和生產(chǎn)率高等突出特點(diǎn) 決定了沖壓產(chǎn)品 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 成本低廉 效益較好 因而沖壓生產(chǎn)在制造行業(yè)中占有重要地位 隨著科學(xué) 技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 模具已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段 沖壓生產(chǎn)和模具工業(yè)得到了世界各國(guó)的高度重視 1 2 冷沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 1 2 11 2 1 冷沖壓技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為 模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石 日本稱模具工業(yè)為 進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力 德國(guó)給模具工業(yè)冠之以 金屬加工業(yè)中的帝王 稱號(hào) 歐盟一些國(guó)家稱 模具就是黃金 新加坡則把模具工業(yè)作為 磁力 工業(yè) 中國(guó)模具權(quán)威稱 模具是印鈔機(jī) 可見模具工業(yè)在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì) 發(fā)展中所具有的重要地位 模具技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平的重 要標(biāo)志之一 通常沖壓工方法在常溫下進(jìn)行 主要用于金屬板料成型加工 故也稱板 料成形 沖壓成形在較大批量生產(chǎn)條件下 雖然設(shè)備和模具資金投入大 生 產(chǎn)要求高 但與其它加工方法 如鍛造 鑄造 焊接 機(jī)械切削加工等 相 比較 具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 生產(chǎn)效率高 制品的再現(xiàn)性好 而且質(zhì)量穩(wěn)定 2 可實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削加工 沖壓件不需經(jīng)機(jī)械加工即可進(jìn)行表面處理或直 接用于裝配產(chǎn)品 3 材料利用率高 在節(jié)省原材料消耗的情況下 能獲得強(qiáng)度高 剛度好 重量輕的制品 4 能生產(chǎn)其它加工方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜零件 如汽車覆蓋件 飛機(jī) 導(dǎo) 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 彈 槍彈 炮彈等航空 航天及國(guó)防工業(yè)產(chǎn)品 因此 沖壓在機(jī)械制造 電子 電器等各行各業(yè)中 都得到廣泛的應(yīng)用 大到汽車覆蓋件 小到鐘表及儀器 儀表元件 大多是由沖壓方法制成的 目前 采用沖壓工藝所獲得的制品 在現(xiàn)代汽車 拖拉機(jī) 電機(jī) 電器 儀 器及各種電子產(chǎn)品和人們?nèi)粘Ｉ钪?都占有十分重要的地位 據(jù)粗略統(tǒng)計(jì) 在汽車制造業(yè)中有 60 70 的零件是采用沖壓工藝制成的 沖壓生產(chǎn)所占的 勞動(dòng)量為整個(gè)汽車工業(yè)勞動(dòng)量的 25 30 在機(jī)電及儀器 儀表生產(chǎn)中有 60 70 的零件是采用沖壓工藝來完成的 在電子產(chǎn)品中 沖壓件的數(shù)量約 占零件總數(shù)的 85 以上 在飛機(jī) 導(dǎo)彈 各種槍彈與炮彈的生產(chǎn)中沖壓件所 占的比例也相當(dāng)大 人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫慕饘僦破?沖壓件所占的比例更大 如鋁鍋 不銹鋼餐具 搪瓷盆等都是沖壓制品 占世界鋼產(chǎn)量 60 70 以上 的板材 管材及其它型材 其中大部分是經(jīng)過沖壓制成成品的 在許多先進(jìn) 的工業(yè)國(guó)家里 沖壓生產(chǎn)和模具工業(yè)得到高度的重視 例如美國(guó)和日本 模 具工業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè) 模具工業(yè)成為重要的產(chǎn)業(yè)部門 而沖壓生產(chǎn) 則成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)先進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品的重要手段 1 2 21 2 2 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 1 模具技術(shù)的現(xiàn)狀 1 精密模具 當(dāng)代模具要求的精度比傳統(tǒng)模具高出一個(gè)數(shù)量級(jí) 多工位級(jí)進(jìn)模 精沖 模 精密塑料模的精度已達(dá)到 0 003ram 甚至更高 多工位的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)和 制造技術(shù)已日趨成熟 在引進(jìn)技術(shù)及設(shè)備情況下 部分企業(yè)的此類模具已達(dá) 到或接近國(guó)外先進(jìn)水平 照相機(jī)塑料件模具 多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封 模具均已形成規(guī)模化生產(chǎn) 子午線輪胎橡膠活絡(luò)模國(guó)產(chǎn)化率已大為提高 目 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 前 模具超精密加工已達(dá)到納米級(jí)精度 2 大型模具 我國(guó)已能生產(chǎn)轎車覆蓋件模具 48 英寸 212cm 大屏幕彩色電視機(jī)前殼 及后蓋注塑模具 6 5kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模 轎車儀表板形狀復(fù)雜的 注塑模 自動(dòng)扶梯整體階梯壓鑄模及汽車變速箱體壓鑄模等大型模具 另外 為了提高生產(chǎn)率 采用了多工位及多模腔方式 例如 高生產(chǎn)率級(jí)進(jìn)模有 50 多個(gè)工位 塑封模每模一次生產(chǎn)數(shù)百件 塑膠鞋模有 18 個(gè)工位等等 3 成形工藝 隨著人們對(duì)產(chǎn)品形狀 尺寸精度 整體性及生產(chǎn)效率等要求的提高 以 及許多新材料新工藝的廣泛應(yīng)用 當(dāng)代模具結(jié)構(gòu)和型腔日益復(fù)雜 例如 一 臺(tái)大型復(fù)合材料成型模具 其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和價(jià)格超過一臺(tái)精密機(jī)床 一些 大型覆蓋件成形模具 不僅型腔形狀復(fù)雜 而且模具配套性要求極高 要求 多個(gè)相關(guān)模具型腔協(xié)調(diào)一致 用傳統(tǒng)加工方法無(wú)法達(dá)到其質(zhì)量要求 除液態(tài) 模鍛 粉末鍛造成型工藝外 還有多材質(zhì)塑料成型模 高效多色注塑模 鑲 件互換結(jié)構(gòu)和各種軸芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)也取得了較大進(jìn)展 在陶瓷模具 成形工藝中 成形表面采用硅膠技術(shù)解決了模具的粘粉問題 同時(shí)采用磁吸 技術(shù) 使其具有自動(dòng)調(diào)整間隙的功能 保證陶瓷磚面平整 簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu) 在沖壓成形加工中 多功能復(fù)合模具逐漸增多 一副多功能復(fù)合模具除了沖 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) 這種用多功 能復(fù)合方式生產(chǎn)出來的不再是單個(gè)零件 而是成批的組裝件 可大大縮短產(chǎn) 品的生產(chǎn)及裝配周期 顯著地提高生產(chǎn)率 4 模具的制造技術(shù) CAD CAE CAM 技術(shù)的應(yīng)用水平已上了一個(gè)新臺(tái)階 以高速發(fā)展的家電 制造業(yè)為例 引進(jìn)了美國(guó) 德國(guó) 日本 澳大利亞等國(guó)相當(dāng)數(shù)量的 CAD CAM 系統(tǒng) 取得了一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù) 效益 促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)的 CAD CAM 技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控機(jī)床 加工 中心 激光 電火花 線切割 真空淬火以 及 PVO 等表面強(qiáng)化技術(shù)在模具制造中已得到普及 5 模具工程師 人是企業(yè)最活躍的因素 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)最主要的是人才競(jìng)爭(zhēng) 我國(guó)模具行業(yè) 的工程技術(shù)人員的素質(zhì)不能適應(yīng)模具工業(yè)的發(fā)展 而且人才斷層現(xiàn)象十分明 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 顯 隊(duì)伍不穩(wěn)定 人才匱乏是制約模具工業(yè)發(fā)展的重要因素之一 2 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 許多新技術(shù) 新工藝 新設(shè)備 新材料不斷涌現(xiàn) 因而促進(jìn)了沖壓技術(shù)的不斷革新和發(fā)展 其主要 表現(xiàn)和發(fā)展方向如下 1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術(shù)的基礎(chǔ) 目前 國(guó)內(nèi)外對(duì)沖壓成形 理論的研究非常重視 在材料沖壓性能研究沖壓成形過程應(yīng)力應(yīng)變分析 板 料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面取得了較大的發(fā)展 特別是隨著計(jì)算機(jī)放入飛速發(fā)展和塑性變形理論的進(jìn)一步完善 近年來國(guó)內(nèi) 外已開始應(yīng)用塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 及有限元 FEM 等數(shù)值分 析方法模擬金屬的塑性成形過程 根據(jù)分析結(jié)果 設(shè)計(jì)人員可預(yù)測(cè)某一工藝 方案成形的可行性及可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題 并通過在計(jì)算機(jī)上選擇修改相關(guān) 參數(shù) 可實(shí)現(xiàn)工藝及模具的優(yōu)化設(shè)計(jì) 這樣既節(jié)省可昂貴的試模費(fèi)用 也縮 短了制模周期 研究推廣能提高生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量 降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝應(yīng)用范圍 的各種沖壓新工藝 也是沖壓技術(shù)的發(fā)展方向之一 目前 國(guó)內(nèi)外相繼涌現(xiàn) 了精密沖壓工藝 軟模成型工藝 高能高速成形工藝 超塑性成形工藝及無(wú) 模多點(diǎn)成形工藝等高效 精密 經(jīng)濟(jì)的沖壓工藝 其中 精密沖裁是提高沖 裁件質(zhì)量的有效方法 它擴(kuò)大了沖壓加工范圍 目前精密沖裁加工零件厚度 可達(dá) 25mm 精度可達(dá) IT6 IT7 級(jí) 用液體 橡膠 聚氨酯等柔性凸?；虬?模來代替剛性凸模或凹模的軟模成形工藝 能加工出普通加工方法難以加工 的材料和復(fù)雜形狀的零件 在特定的生產(chǎn)條件下具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果 采用 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 爆炸等高能高效成形加工方法對(duì)于加工各種尺寸大 形狀復(fù)雜 批量小 強(qiáng) 度高和精度要求較高的板料零件 具有很重要的實(shí)用意義 利用金屬的超塑 性進(jìn)行超塑性成形 可以用一次成形代替多次普通的沖壓成形工序 這對(duì)于 加工形狀復(fù)雜和大型板材零件具有突出的優(yōu)越性 無(wú)模多點(diǎn)成形工藝是用高 度可調(diào)的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進(jìn)行板料曲面成型的一種先進(jìn)工藝技術(shù) 我 國(guó)已自主設(shè)計(jì)制造了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的無(wú)模多點(diǎn)成設(shè)備 解決了多點(diǎn)壓機(jī) 成形法 從而可隨意改變變形路徑和受力狀態(tài) 提高了材料的成形極限 同 時(shí)利用反復(fù)成形技術(shù)可消除材料內(nèi)殘余應(yīng)力 實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形 無(wú)模多點(diǎn)成 形系統(tǒng)以 CAD CAM CAT 技術(shù)為主要手段 能快速經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)三維曲面的自 動(dòng)化成形 2 沖模設(shè)計(jì)與制造設(shè)計(jì)方面 沖模是實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)的基本條件 在沖模設(shè)計(jì)和制造上 目前正朝著以 下兩方面發(fā)展 一方面 為了適應(yīng)高速 自精密 安全等大批量現(xiàn)代生產(chǎn)的 需要 沖模正向高效率 高精度 高壽命及多工位 多功能方向發(fā)展 與為 此向適應(yīng)的新型模具材料及熱表處理技術(shù) 各種高效 精密 數(shù)控 自動(dòng)化 的模具加工機(jī)床和檢測(cè)設(shè)備以及模具 CAD CAM 技術(shù)也正在飛速發(fā)展 另一 方面 為了適應(yīng)產(chǎn)品更新?lián)Q代和試制或小批量生產(chǎn)的需要 鋅基合金沖模 聚氨酯橡膠沖模 薄板沖模 鋼帶沖模 組合沖模等各種簡(jiǎn)易沖模及其制造 技術(shù)也得到了迅速發(fā)展 精密 高效的多工位及多功能級(jí)進(jìn)模和大型復(fù)雜的汽車覆蓋件沖模代表 了現(xiàn)代沖模的技術(shù)水平 目前 50 個(gè)工位以上的級(jí)進(jìn)模進(jìn)距的精度可達(dá) 2 mm 多功能級(jí)進(jìn)模不僅能完成沖壓全過程 還可以完成焊接 裝配等工 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 序 我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造出達(dá)到國(guó)際水平的精密多工位級(jí)進(jìn)沖模 如某機(jī) 電一體化的鐵芯精密自動(dòng)化多工位級(jí)進(jìn)模 其主要零件的制造精度達(dá) 2 5 mm 進(jìn)距精度 2 3 mm 總壽命達(dá) 1 億次 我國(guó)主要汽車模具企業(yè) 已能生產(chǎn)成套轎車覆蓋件模具 在設(shè)計(jì)制造方法 手段方面以基本達(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 但在制造質(zhì)量 精度 制造 周期和制造成本一國(guó)外相比還存在一定差距 模具材料及熱處理與表面處理工藝對(duì)模具加工質(zhì)量和壽命的影響很大 世界個(gè)主要工業(yè)國(guó)家在此方面的研究取得了較大進(jìn)展 開發(fā)了許多新鋼種 其硬度可達(dá)到 HRC58 70 而變形只為普通工具鋼放入 1 2 1 5 如火焰淬火 鋼可局部硬化 且無(wú)脫碳 我國(guó)研制的 65Nb LD 和 CD 等新鋼種 具有熱 加工性能好 熱處理變形小 抗沖擊性能佳等特點(diǎn) 與此同時(shí) 還發(fā)展了一 些新的熱處理和表面處理工藝 主要有氣體軟氮化 離子氮化 滲硼 表面 涂鍍 化學(xué)氣相沉積 物理氣相沉積 激光表面處理等 這些方法能提高模 具工作表面耐磨性 硬度和耐蝕性 是模具壽命大大延長(zhǎng) 模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 信息技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)正在向傳統(tǒng)制造技術(shù)滲透 交叉 融合形成了現(xiàn)代模 具制造技術(shù) 其中高速銑削加工 電火花銑削加工 慢走絲線切割加工 精 密磨削及拋光技術(shù) 數(shù)控測(cè)量等代表了現(xiàn)代沖模制造的技術(shù)水平 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) 它以計(jì)算機(jī)軟件的 形式為用戶提供一種有效的輔助工具 是工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品 模具結(jié)構(gòu) 成形工藝 數(shù)控加工及成本進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化 從而顯著縮短模具 設(shè)計(jì)與制造周期 降低生產(chǎn)周期 提高生產(chǎn)質(zhì)量 隨著功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件 和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn) 以三維造型為基礎(chǔ) 基于并行工程的模具 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 CAD CAE CAM 技術(shù)正成為發(fā)展方向 它能實(shí)現(xiàn)制造和裝配設(shè)計(jì) 成形過程的 模擬和數(shù)控加工過程的仿真 還可對(duì)模具可制造性進(jìn)行評(píng)價(jià) 使模具設(shè)計(jì)和 制造一體化 智能化 3 沖壓設(shè)備和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)化方面 性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓技術(shù)水平的基本條件 高精度 高壽命 高效率的沖模需要高精度 高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備相匹配 為了滿足大批倆廣 告組生產(chǎn)的需要目前沖壓設(shè)備也由單工位 單功能 低速壓力機(jī)朝著多工位 多功能 高速和數(shù)控方向發(fā)展 價(jià)值機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用 使沖壓 生產(chǎn)效率得到大幅度提高 各式各樣的沖壓自動(dòng)線和告訴自從壓力機(jī)紛紛投 入使用 近年來 為了適應(yīng)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng) 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高 且其更新?lián)Q代的周期大為縮短 沖壓生產(chǎn)為了適應(yīng)這一新的要求 開發(fā)了多 種適合不同批量的工藝 設(shè)備和模具 其中 無(wú)需設(shè)計(jì)專用模 性能先進(jìn)的 轉(zhuǎn)塔數(shù)控多工位壓力機(jī) 激光切割和成形機(jī) CNC 萬(wàn)能折彎?rùn)C(jī)等新設(shè)備已投 入使用 特別是近年來在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展起來 國(guó)內(nèi)亦開始使用的沖壓柔性制 造單元 FMC 和沖壓柔性制造系統(tǒng) FMS 代表了沖壓生產(chǎn)新的發(fā)展趨勢(shì) FMS 系統(tǒng)一數(shù)控沖壓設(shè)備誒主體 包括板料 模具 沖壓件分類存放系統(tǒng) 自動(dòng) 上料與下料系統(tǒng) 生產(chǎn)過程完全有計(jì)算機(jī)控制 車間實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)無(wú)人控制生 產(chǎn) 同時(shí) 根據(jù)不同使用要求 可以完成各種沖壓工序 甚至焊接 裝配等 工序 更換新產(chǎn)品方便快捷 沖壓件精度也高 4 沖模標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)生產(chǎn)化方面 根據(jù)國(guó)內(nèi)外模具專業(yè)化情況來看專業(yè)化可以有多層意思 1 模具生產(chǎn)獨(dú) 立于其他產(chǎn)品生產(chǎn) 專業(yè)生產(chǎn)模具外供 2 按模具種類劃分 專門從事某一 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 類模具 如 中壓模具 生產(chǎn) 3 在某一類模具中 按其服務(wù)對(duì)象或模具工藝 及尺寸大小 選取該類模具中的某種模具 例如汽車覆蓋件模具 多工位級(jí)進(jìn) 模具 精沖模具等等 進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn) 4 專業(yè)生產(chǎn)模具中的某一些零件 如模架 沖頭 彈性元件等 供給模具生產(chǎn)企業(yè) 5 按工序開展專業(yè)協(xié)作 標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)化生產(chǎn)的基本前提 也是系統(tǒng)提高整個(gè)模具行業(yè) 技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段 這是機(jī)械制造業(yè)向深層次發(fā)展的必由之路 模具的標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化生產(chǎn) 已得到磨具行業(yè)的廣泛重視 因?yàn)槟＞邽閱渭?小批量生產(chǎn) 沖模零件機(jī)具有一定的復(fù)雜性和精密性 又有一定的結(jié)構(gòu)典型 性 因此 只有實(shí)現(xiàn)了模具的標(biāo)準(zhǔn)化 才能使沖模和沖模零件的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)專 業(yè)化 商品化 從而降低模具成本 提高模具質(zhì)量和縮短模具制造周期 目 前 國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程度已達(dá) 70 80 模具廠只需設(shè)計(jì) 制造工作零件 大部分模具零件從標(biāo)準(zhǔn)件廠購(gòu)買 使生產(chǎn)率大幅度提高 模 具制造廠專業(yè)化程度越來越高 分工越來越細(xì) 我國(guó)的沖模標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化 生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展 除表現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外 標(biāo)準(zhǔn)件品種也有所擴(kuò)展 精度亦有提高 但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā) 展的要求 主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高 一般在 40 以下 標(biāo)準(zhǔn)件的品 種和規(guī)格較少 大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn) 標(biāo)準(zhǔn)件自己量也還存 在較多問題 另外標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)的銷售 供貨 服務(wù)等都還有待以進(jìn)一步提高 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的意義和設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 3 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論 專業(yè)知識(shí)和基 本技能 提高分析與解決實(shí)際問題的能力 使學(xué)生得到從事實(shí)際工作所必需 的基本訓(xùn)練和進(jìn)行科學(xué)研究工作的初步能力 畢業(yè)設(shè)計(jì)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精 神和實(shí)踐能力的一次較為系統(tǒng)的訓(xùn)練 是學(xué)校專業(yè)教育和職業(yè)實(shí)踐活動(dòng)之間 順利過渡的重要階段 沖壓模具設(shè)計(jì)的目的是 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作 進(jìn)一步提高獨(dú)立調(diào)研能力以及專業(yè)業(yè)務(wù)素質(zhì) 并通過文獻(xiàn)的查閱和實(shí)際項(xiàng)目資料的收集等工作鍛煉解決專業(yè)工程技術(shù)問題 的能力 2 深化 擴(kuò)充專業(yè)知識(shí) 并通過畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)涉及到的問題的分析研 究 提出自己的觀點(diǎn) 并完成設(shè)計(jì)任務(wù) 經(jīng)歷一次嚴(yán)格的綜合工程訓(xùn)練 3 解決一個(gè)本專業(yè)知識(shí)所能解決的工程技術(shù)問題同時(shí)包含相應(yīng)的理論 知識(shí) 完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書 論文 圖紙 外文翻譯等工作 進(jìn)一步提 高計(jì)算 繪圖 計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力以及模具的分析設(shè)計(jì)能力 4 通過畢業(yè)設(shè)計(jì) 樹立良好的工作心態(tài)和細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn) 科學(xué)的工作作風(fēng) 1 3 21 3 2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 查閱資料及教材 了解沖壓模具結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計(jì)計(jì)算方法 CAD 繪圖方 法 以及沖壓成形過程中的缺陷及防止方法 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 本課題設(shè)計(jì)兩套模具 落料拉深模和末次拉深模包括兩張裝配圖及部分 零件圖 工作量 1 草圖設(shè)計(jì) 每套模具一張 2 手工或 CAD 圖 共四張以上 A0圖 3 譯文不少于 5000 漢字 4 開題報(bào)告 2000 漢字 5 論文不少于 20000 漢字 打印 第二章 沖壓概論及原理 2 1 沖壓成形的特點(diǎn) 在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的沖壓成形工藝方法很多 有多種形式和名稱 但它 們?cè)诒举|(zhì)上是相同的 都是使平面形狀的板料毛坯 在力的作用下 按既定 的要求產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形 從而完成一定形狀與精度零件的制造工藝 從利用原材料的塑性進(jìn)行加工這個(gè)基本原則看 它和其他所有的塑性加工方 法是一樣的 但是 由于沖壓成形中的毛坯是厚度遠(yuǎn)小于板平面尺寸的板料 以及由此決定的外璃作用方式與大小等原因 致使沖壓成形具有如下幾個(gè)非 常突出的特點(diǎn) 1 由于沖壓成形中的板料毛坯的厚度遠(yuǎn)小于它的板面尺寸 工具對(duì)毛坯的 作用力只能方便地作用于板料的表面 而且數(shù)值不大的垂直于板面方向的單 位壓力 即可引起在板面方向上數(shù)值足以使板材產(chǎn)生塑性變形的內(nèi)應(yīng)力 由 于垂直于板面方向上的單位壓力的數(shù)值遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力 所以大 多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理 使變形力學(xué)的分析 和工藝參數(shù)的計(jì)算等工作 都得到很大的簡(jiǎn)化 2 由于沖壓成形用的板料毛坯的相對(duì)厚度 與板面尺寸相比 很小 在壓 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 應(yīng)力作用下的抗失穩(wěn)能力也很差 所以在沒有抗失穩(wěn)裝置 如壓力圈等 拘 束作用的條件下 很難在自由狀態(tài)下順利地進(jìn)行沖壓成形過程 因此 在各 種沖壓成形方法中 以拉應(yīng)力作用為主的伸長(zhǎng)類沖壓成形過程多于以壓應(yīng)力 為主的壓縮類成形過程 3 在沖壓成形時(shí) 板料毛坯里的內(nèi)應(yīng)力數(shù)值接近或等于材料的屈服應(yīng)力 有時(shí)甚至小于板料的屈服應(yīng)力 而在模鍛和擠壓時(shí) 有時(shí)毛坯的內(nèi)應(yīng)力可能 超過其屈服應(yīng)力許多倍 在這一點(diǎn)上 兩者的差別是很大的 因此 在沖壓 成形時(shí) 變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對(duì)成形極限與變形抗力的影響及 其影響規(guī)律 已失去其在體積成形時(shí)的重要程度 有些情況下 甚至可以完 全不予考慮 即使有必要考慮時(shí) 其出發(fā)點(diǎn)與處理方法也不相同 4 在沖壓成形時(shí) 模具對(duì)板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度較輕 并 不像體積成形 如模鍛等 靠與制件形狀完全相同的模腔對(duì)毛坯的全面接觸 而實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制成形 在沖壓成形中 大多數(shù)情況下 板料毛坯都有某種程度 的自由度 常常是只有一個(gè)表面與模具接觸 而另側(cè)表面是非接觸的自由表 面 甚至有時(shí)存在板料兩側(cè)表面都不與模具接觸的變形部分 在這種情況下 這部分毛坯的變形是靠模具對(duì)其相鄰部分施加的外力實(shí)現(xiàn)其控制作用的 例 如球面與錐面零件成形時(shí)的懸空部分和管坯端部的 邊成形等都是這種情況 由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點(diǎn) 致使沖壓技術(shù)也 形成了自己的一些與一般塑性加工不同的特點(diǎn) 1 由于不需要在板料毛坯的表面作用數(shù)值很大的單位壓力即可使其成形 所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強(qiáng)度與剛度的研究并不十分重要 相反地卻發(fā)展 了許多簡(jiǎn)易模具技術(shù) 由于相同的原因 也促使靠氣體或液體壓力成形的工 藝方法得以發(fā)展 2 因沖壓成形時(shí)的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài) 與體積成形相比 當(dāng)前對(duì)沖壓成形中毛坯的變形與力能參數(shù)方面的研究較為深入 有條件運(yùn) 用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工 現(xiàn)在不僅采用合理設(shè)計(jì)的沖模工作部分幾 何形狀與尺寸以控制沖壓變形過程 以獲得高質(zhì)量沖壓件的傳統(tǒng)技術(shù)方法 而且運(yùn)用壓邊力與變壓邊力對(duì)沖壓變形的控制技術(shù) 甚至借助于電子計(jì)算機(jī) 與當(dāng)代的測(cè)試手段 在對(duì)板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行適時(shí)測(cè)量與分析的基 礎(chǔ)上 實(shí)現(xiàn)沖壓過程智能化控制的研究工作也在開展 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 3 人們?cè)趯?duì)沖壓成形過程有了較為深入的了解后 已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)_壓成形與 原材料有十分密切的關(guān)系 所以對(duì)板材沖壓性能即成形性與形狀凍結(jié)性的研 究 目前已成為沖壓技術(shù)的個(gè)重要內(nèi)容 對(duì)板材沖壓性能的研究工作不僅是 沖壓技術(shù)發(fā)展的需要 而且也促進(jìn)了鋼鐵業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展 為其提高板材 的質(zhì)量提供了一個(gè)基礎(chǔ)與依據(jù) 2 2 沖壓成形中毛坯的分析 在沖壓成形過程中 為使板料毛坯改變其原始形狀成為零件 必須在毛坯 各部分之間形成一定的受力與變形關(guān)系 每一種沖壓成形方法都要求毛坯各 部分之間存在一定的力與變形的關(guān)系 這是能夠順利地完成沖壓成形的基本 保證 所以對(duì)沖壓毛坯進(jìn)行受力與變形方面的分析是十分必要的 圖 2 1 沖壓毛坯的分析 a 拉深 b 再次拉深 c 球面零件成形 d 翻邊 圖 2 1 是幾種典型沖壓成形中毛坯的分析 在這四種成形工序中 A 是變 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 形區(qū) 它是在沖壓成形中產(chǎn)生塑性變形的部分 B 是傳力區(qū) 它的作用是把 沖模的作用力傳遞給變形區(qū) 圖 2 1b 中的 D 是暫不變形的待變形區(qū) 雖然在圖示的狀態(tài)下它不參與 變形 但隨沖壓成形過程的進(jìn)行 它將不斷地進(jìn)入變形區(qū)參與變形 圖中的 C 是自始至終都不參與變形的不變形區(qū) 有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)傳力區(qū)本身也是產(chǎn)生 塑性變形的變形區(qū) 它在本身變形的同時(shí) 把模具的作用力傳給另一個(gè)變形 區(qū) 圖 2 1c 所示的球面零件成形中的 E 就是這種情況 不變形區(qū)可能是傳力區(qū) 也可能是不傳力的已變形區(qū)或待變形區(qū) 但是 有時(shí)不變形區(qū)也可能是在全部過程中自始至終都不傳力也不產(chǎn)生塑性變形對(duì) 沖壓成形不起任何作用的無(wú)功能不變形區(qū) 圖 2 1c 在沖壓成形過程中各個(gè)區(qū) 部分 之間是在相互轉(zhuǎn)化而不斷變化的 例 如待變形區(qū)內(nèi)的板料不斷地進(jìn)入變形區(qū) 而變形區(qū)的金屬又可能不斷地進(jìn)入 已變形區(qū)并承擔(dān)起傳力的作用等 對(duì)變形區(qū)與不變形區(qū)的判斷 當(dāng)然可以直觀地根據(jù)該部分毛坯是否在改 變其形狀來決定 不過 有時(shí)候變形區(qū)的形狀與尺寸并不發(fā)生變化 如再次 拉深時(shí)的變形區(qū) 所以最根本的判斷方法是 如果毛坯內(nèi)某個(gè)部分內(nèi)任意兩 點(diǎn)的距離不產(chǎn)生變化 也就是它們之間不產(chǎn)生相對(duì)的位移 即使該部分產(chǎn)生 總體的位移 或做等角速度的轉(zhuǎn)動(dòng) 這部分也一定不是變形區(qū) 而是非變形 區(qū) 2 3 沖壓變形中的應(yīng)力 在沖壓成形過程中 板料毛坯形狀的變化是由于模具的外作用力所引起 毛坯各部分內(nèi)應(yīng)力作用的結(jié)果 因此 對(duì)沖壓變形中各種應(yīng)力的性質(zhì) 特點(diǎn) 產(chǎn)生的原因 各種沖壓成形因素 參數(shù) 對(duì)應(yīng)力的影響 各種應(yīng)力之間的相 互影響關(guān)系 以及它們引起的變形結(jié)果等 都是實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓變形過程的控制 獲得高質(zhì)量的沖壓產(chǎn)品所必需的基礎(chǔ)性的研究工作 在塑性力學(xué)中 為了分析與計(jì)算工作的需要而建立的關(guān)于應(yīng)力的理論與 概念 如應(yīng)力 法向應(yīng)力 切向應(yīng)力 正應(yīng)力 主應(yīng)力 斜面應(yīng)力 八面體 應(yīng)力等 都具有普遍性的意義 當(dāng)然這對(duì)沖壓變形的分析與計(jì)算也是適用的 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 但是 由于它是處理所有的塑性變形的一種共性方法 必然存在其針對(duì)性不 足的問題 為了便于研究沖壓過程中與變形有關(guān)的問題 有必要從沖壓成形 過程的特殊性出發(fā) 研究沖壓成形過程中所出現(xiàn)的各種應(yīng)力的特點(diǎn) 產(chǎn)生的 原因及其對(duì)沖壓成形過程與成形結(jié)果的影響等等 這樣 可從另一個(gè)側(cè)面揭 示沖壓變形的一些特有的問題 使對(duì)沖壓成形過程的認(rèn)識(shí)得以深化 從對(duì)沖壓變形分析的需要出發(fā) 可以把沖壓毛坯中的應(yīng)力分為加載應(yīng)力 誘發(fā)應(yīng)力與殘余應(yīng)力等三大類別 加載應(yīng)力是由模具作用于板料上的外力或外力矩直接引起的內(nèi)應(yīng)力 加 載應(yīng)力的數(shù)值可以利用模具外作用力 或外力矩 與內(nèi)應(yīng)力相平衡的條件求 得 在一般的情況下 當(dāng)外作用力去除以后 加載應(yīng)力也隨之消失 加載應(yīng) 力可以作用于變形區(qū) 也可能作用于非變形區(qū) 加載應(yīng)力可能是模具與板料 毛坯的表面接觸壓力直接作用的結(jié)果 也可能經(jīng)接觸表面接受外力之后再由 傳力區(qū)把加載應(yīng)力傳遞到變形區(qū) 按照誘發(fā)應(yīng)力產(chǎn)生的原因 可以把誘發(fā)應(yīng)力分為下邊兩種情況 1 沖壓毛坯變形區(qū) 在加載應(yīng)力的作用下 會(huì)產(chǎn)生塑性變形 使毛坯的 形狀發(fā)生變化 如果這個(gè)形狀的變化受到毛坯其他部分或其本身形狀剛度的 阻礙 而不能順利地實(shí)現(xiàn)時(shí) 就會(huì)在毛坯內(nèi)引起誘發(fā)應(yīng)力 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 2 2 彎曲變形區(qū)的應(yīng)力 圖 2 2 是板料毛坯在彎曲變形時(shí)的應(yīng)力分布 其中圓周方向上的應(yīng)力 是由外力矩的作用引起的加載應(yīng)力 在中性層以外 圓周方向的應(yīng)力是拉應(yīng) 力 它引起圓周方向上的伸變形 根據(jù)體積不變條件 在其他兩個(gè)垂直方向 上一定產(chǎn)生壓縮變形 同樣道理 中性層以內(nèi)的圓周方向上的壓應(yīng)力也一定 會(huì)引起圓周方向上的壓縮變形和另兩個(gè)垂直方向上的伸長(zhǎng)變形 這種在中性 層兩側(cè)不同的變形使變形區(qū)產(chǎn)生橫向彎曲變形的趨勢(shì) 在寬度方向上發(fā)生如 圖 2 3 所示的翹曲 但是 事實(shí)上這種寬度方向上的翹曲變形受到毛坯兩端 直邊部分和變形區(qū)本身形狀剛度的阻礙 不能完全順利地實(shí)現(xiàn) 于是在毛坯 內(nèi)部在寬度方向上就會(huì)產(chǎn)生誘發(fā)應(yīng)力 圖 2 2 誘發(fā)應(yīng)力是成對(duì)產(chǎn)生的 在 中性層以外是拉應(yīng)力 在中性層以內(nèi)是壓應(yīng)力 圖 2 3 長(zhǎng)度大彎曲件的翹曲 2 圓筒形零件的拉深 在一般情況下屬于軸對(duì)稱的塑性變形過程 但是 如果板材具有各向異性的不均勻性能 即使是圓筒形零件的拉深 也會(huì)在拉 深過程中產(chǎn)生由不均勻變形引起的誘發(fā)應(yīng)力 圖 2 2 在不均勻拉力作用于板料毛坯某個(gè)局部時(shí) 可以在板面內(nèi)引起不均勻分布 的拉應(yīng)力以及由它引起的不均勻分布的伸長(zhǎng)變形 根據(jù)塑性變形時(shí)體積不變 的條件可知 必然在板面內(nèi)引起數(shù)值大小不同的橫向壓縮變形 負(fù)的應(yīng)變 其結(jié)果就會(huì)形成與拉應(yīng)力方向相垂直的橫向誘發(fā)應(yīng)力 在壓縮變形大的部位 產(chǎn)生誘發(fā)拉應(yīng)力 在壓縮變形小的部位產(chǎn)生壓應(yīng)力 而這兩個(gè)應(yīng)力形成的內(nèi) 力 又是相互平衡的 如果壓縮變形的差值過大 就會(huì)在受誘發(fā)壓應(yīng)力作用 的部位上產(chǎn)生塑性失穩(wěn)的起皺現(xiàn)象 這就是不均勻拉力作用下起皺的機(jī)理 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 殘余應(yīng)力是沖壓毛坯中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的另一種形式 當(dāng)沖壓成形過程結(jié)束 沖壓件脫離模具的作用 由模具內(nèi)脫離出后 外力已完全消失 但原來在沖 壓毛坯中的內(nèi)應(yīng)力 加載應(yīng)力與誘發(fā)應(yīng)力 并不會(huì)完全消除 以殘余應(yīng)力的 形式保留下來 由于不存在外力的作用 所以殘余應(yīng)力必然以拉壓性質(zhì)相反 的形式存在 而且也一定是相互平衡的 殘余應(yīng)力產(chǎn)生在沖壓成形過程結(jié)束 之后 故它對(duì)沖壓成形過程和成形極限參數(shù)沒有影響 因此對(duì)它產(chǎn)生的原因 各種因素的影響規(guī)律等的研究工作很少 人們對(duì)它的了解也不夠深入 但是 在有些情況下 殘余應(yīng)力的作用是不容忽視的 例如在大尺寸的非軸對(duì)稱形 狀的沖壓件 如汽車覆蓋件等 的制造時(shí) 雖然在沖壓成形工序中已經(jīng)得到 形狀與尺寸精度完全合格的沖壓件半成品 可是在沖孔和切邊之后 由于殘 余應(yīng)力的平衡條件改變 部分殘余應(yīng)力得以釋放 導(dǎo)致沖壓件形狀與尺寸的 變化 使裝配工作造成困難 又如在對(duì)時(shí)效開裂現(xiàn)象敏感的板材 如不銹鋼 板與黃銅板等 進(jìn)行拉深成形時(shí) 由于拉深時(shí)形成的殘余應(yīng)力的作用 在拉 深后會(huì)在圓筒形件的側(cè)壁產(chǎn)生縱向開裂現(xiàn)象 圖 2 5 這種開裂現(xiàn)象可能在 脫模后立即產(chǎn)生 也可能在放置一段時(shí)間之后或在沖壓件使用過程當(dāng)中發(fā)生 故稱為時(shí)效開裂 這種現(xiàn)象很難預(yù)測(cè) 缺陷具有隱蔽性和潛伏性 所以它的 危害也大 從這些實(shí)例看 對(duì)沖壓成形時(shí)殘余應(yīng)力的研究 也是十分必要的 圖 2 4 各向異性引起的圓筒形 圖 2 5 殘余應(yīng)力引起的縱向開裂 件中的誘發(fā)應(yīng)力 圓筒形零件側(cè)壁上的殘余應(yīng)力 是板料在凹模圓角區(qū)出口邊界上的反向 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 彎曲變形引起的圓周方向 橫向 上的誘發(fā)應(yīng)力形成的 其數(shù)值與板材的性 能 凹模圓角半徑 拉深力 板厚 拉深高度等有關(guān) 根據(jù)各種因素對(duì)殘余 應(yīng)力數(shù)值的影響規(guī)律 可以對(duì)它進(jìn)行一定程度的控制 降低產(chǎn)生縱向開裂的 可能 由于同樣的原因 在圓筒形拉深件的側(cè)壁也有縱向 軸向 的殘余應(yīng) 力 外表面是殘余拉應(yīng)力 而內(nèi)表面是殘余壓應(yīng)力 殘余應(yīng)力也是沖壓成形的結(jié)果 它是沖壓毛坯經(jīng)歷沖壓變形和卸載兩個(gè) 過程之后形成的 因此 為了研究殘余應(yīng)力 必須首先正確地了解沖壓成形 時(shí)毛坯內(nèi)部的應(yīng)力分布與數(shù)值 并進(jìn)一步研究?jī)?nèi)應(yīng)力在卸載過程中的變化 當(dāng)然 從目前的研究工作現(xiàn)狀來看 要做到這一點(diǎn)還很困難 即使是形狀較 為簡(jiǎn)單的軸對(duì)稱形狀的沖壓件 也很難做到精確的計(jì)算 目前 對(duì)殘余應(yīng)力的研究工作已經(jīng)成為一個(gè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)域 出現(xiàn) 許多新的研究成果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 但是 在沖壓成形中對(duì)殘余應(yīng)力的研究 工作不多 所用的殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法也多為應(yīng)用方便 但精度不高的 傳統(tǒng)方法 這種方法的原理是 在沖壓成形后的沖壓件或半成品上 根據(jù)對(duì)欲測(cè)殘 余應(yīng)力性質(zhì)的分析與判斷 用切口 切除 切開等方法 破壞沖壓件的完整 性 消除維持 保留殘余應(yīng)力的基本條件 使殘余應(yīng)力得以釋放 消除 由 于去除殘余應(yīng)力 經(jīng)切開的部分必然發(fā)生形狀與尺寸的變化 當(dāng)然 這個(gè)形狀與尺寸的變化都是彈性的 于是也就可以利用彈性力學(xué) 的方法計(jì)算出殘余應(yīng)力的數(shù)值 改變一些工藝參數(shù) 重復(fù)上述的工作 也可 以得到各種參數(shù)對(duì)沖壓殘余應(yīng)力的影響 這種研究沖壓殘余應(yīng)力的方法 只 能得到關(guān)于殘余應(yīng)力總體上的信息 無(wú)法測(cè)得殘余應(yīng)力的細(xì)微變化 而且精 確的程度也差 但是 由于這種方法方便 容易實(shí)行 而且具有很強(qiáng)的直觀 效果 所以它還是當(dāng)前的重要研究方法 用剖切的方法測(cè)量殘余應(yīng)力時(shí) 要注意以兩個(gè)問題 1 剖切方案與切口位置的選擇 應(yīng)該保證殘余應(yīng)力能夠得到最大限度 的釋放 2 剖切時(shí) 不要使試件承受過大的外力作用 以防止試件內(nèi)部的殘余 應(yīng)力發(fā)生變化 影響測(cè)量精度 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 圖 2 6 用剖切法測(cè)量殘余應(yīng)力的實(shí)例 圖 2 6 是用剖切法測(cè)量圓筒形拉深件切向殘余應(yīng)力的實(shí)例 為了得到切 向殘余應(yīng)力在高度上的分布 在高度方向上切割成多個(gè)環(huán)形切口 然后把每 個(gè)環(huán)切開 并測(cè)量切開前后每個(gè)圓環(huán)的直徑 用下式計(jì)算圓筒形拉深件側(cè)壁 外表面上的最大切向殘余應(yīng)力 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 圖 2 8 用剖切法測(cè)得的圓筒形拉深件的切向殘余應(yīng)力的分布 材料 08 鋼 厚度 0 6mm m1 m2 與 m3分別是第一次 第二次和第三次拉深系數(shù) 圖 2 8 是用剖切法測(cè)得的圓筒形拉深件側(cè)壁上切向殘余應(yīng)力的分布結(jié)果 實(shí)測(cè)的結(jié)果表明 圓筒形拉深件的殘余應(yīng)力在高度方向上分布曲線的形狀 接近于板材的硬化曲線 在拉深件上口處殘余應(yīng)力達(dá)最大值 另外 殘余應(yīng) 力也與拉深次數(shù)有關(guān) 拉深工序數(shù)目越多 殘余應(yīng)力也越大 2 4 沖壓成形中的起皺 起皺也是沖壓成形過程中的一種有害現(xiàn)象 輕微的起皺影響沖壓件的形 狀精度和沖壓件表面的光滑程度 而嚴(yán)重的起皺可能妨礙和阻止沖壓成形過 程的正常進(jìn)行 因此 對(duì)起皺問題的研究 深入地了解其產(chǎn)生機(jī)理 科學(xué)地 掌握發(fā)生起皺的規(guī)律 對(duì)沖壓生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步具有十分重要的意義 由于起 皺是一種塑性變形失穩(wěn)的過程 它的產(chǎn)生機(jī)理和各種因素的影響規(guī)律十分復(fù) 雜 而且沖壓毛坯起皺部分的幾何形狀和尺寸各異 其周邊的約束條件也各 不相同 致使采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)分析方法進(jìn)行起皺問題的研究工作 遇到了與 當(dāng)前研究工作的能力和水平不相適應(yīng)而產(chǎn)生的困難 從本質(zhì)上看 認(rèn)為沖壓成形中所有的起皺現(xiàn)象都是壓應(yīng)力作用結(jié)果的說法 以及認(rèn)為沖壓成形中起皺的原因是因?yàn)槠鸢櫜糠值牟牧隙嘤嗨碌恼f法 都 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 是正確的 但是 從對(duì)沖壓成形中的起皺現(xiàn)象做具體而深一步的分析出發(fā) 從為解決沖壓生產(chǎn)實(shí)際問題的要求考慮 這樣的分析方法就顯得不夠了 為了深入地研究沖壓成形中的起皺問題 必須以對(duì)毛坯在沖壓成形中的 變形與受力的具體情況的分析為基礎(chǔ) 進(jìn)行起皺機(jī)理的研究 才有可能正確 地認(rèn)識(shí)引起起皺的原因 找出防止起皺的正確措施 在沖壓成形時(shí) 為使毛坯的形狀發(fā)生變化并成為沖壓件的形狀 毛坯的 某些部分一定要產(chǎn)生逐漸趨近于模具表面的位移運(yùn)動(dòng) 這個(gè)靠模位移運(yùn)動(dòng) 可能是它本身變形的結(jié)果 也可能是毛坯其他部分的變形引起的 另一方面 為了實(shí)現(xiàn)這樣的位移 常常要求毛坯本身產(chǎn)生一定大小的伸長(zhǎng)變形或壓縮變 形 如果毛坯的位移要求其本身產(chǎn)生壓縮變形 而這部分毛坯的內(nèi)力作用條 件又不足以使其產(chǎn)生足夠大的壓縮變形時(shí) 這部分毛坯就有可能產(chǎn)生起皺現(xiàn) 象 圖 2 9 圖 2 10 圖 2 11 中沖壓成形中起皺的實(shí)例 都是這種原因形成的 同一類型的起皺 在直壁空心零件的拉深過程中 沖壓毛坯的外周邊緣部分是主要的變形 區(qū) 通常稱作法蘭區(qū) 在拉深時(shí) 法蘭區(qū)受直壁部分的拉力作用產(chǎn)生變形 其結(jié)果使法蘭上各點(diǎn)的金屬都產(chǎn)生向沖頭靠近的位移 在軸對(duì)稱的拉深成形 時(shí) 這種位移要求毛坯要有一定大小的圓周方向上的壓縮應(yīng)變與之相適應(yīng) 但是 沖頭力所形成的直壁內(nèi)的拉應(yīng)力和由此引起的法蘭內(nèi)的徑向拉應(yīng)力還 不足以使其產(chǎn)生足夠大的壓縮變形 于是在法蘭上就會(huì)產(chǎn)生切向的壓應(yīng)力 并可能引起法蘭部分的起皺 圖 2 9 同樣的道理 在球面 錐面或其他曲面零件成形時(shí) 位于凹?？谝詢?nèi)的 毛坯部分 在成形過程中也要產(chǎn)生趨向于凸模表面的位移 這個(gè)靠模位移也 要求毛坯在圓周方向產(chǎn)生一定大小的周向應(yīng)變 即周向壓縮變形 如果這個(gè) 吉林大學(xué)材料學(xué)院 2004 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 周向的壓縮變形不夠大時(shí) 就會(huì)在毛坯的靠模過程中產(chǎn)生周向壓應(yīng)力 并引 起起皺 圖 2 10 圖 2 11 由于這種起皺發(fā)生在凹?？趦?nèi) 通常稱為內(nèi)皺 在生產(chǎn)中防止和消除這種類型起皺的措施是 1 如果起皺部位在成形過程中始終具有平面或其他規(guī)則的形狀 允許 在垂直于板面方向?qū)ζ鸢櫜课皇┘硬⒈３忠欢ǖ膲毫r(shí) 可以采用防起皺的 壓料裝置 如壓邊圈等 在增強(qiáng)毛坯抗起皺能力的條件下 使這部分毛坯產(chǎn) 生足夠大的壓縮變形以保證它順利地完成靠模的位移運(yùn)動(dòng) 2 另一種方法是從根本上消除起皺的措施 其本質(zhì)是用加大徑向拉應(yīng) 力使毛坯在產(chǎn)生靠模位移的部位產(chǎn)生徑向伸長(zhǎng)變形的辦法 使毛坯在與之垂 直的圓周方向產(chǎn)生壓縮變形 從使靠模位移運(yùn)動(dòng)得以順利進(jìn)行 達(dá)到防止起 皺的目的 雖然這種辦法的道理比較復(fù)雜 不像第一種方法那樣直觀 方便 但是它是目前曲面形狀零件沖壓成形時(shí)防止內(nèi)皺的主要措施 2 5 沖裁變形機(jī)理 沖裁是利用沖模使板料的一部分沿一定的輪廓形狀與另一部分分離的工 序 經(jīng)過沖裁以后 板料被分為帶孔的部分和沖落的部分 若沖裁的目的在 于獲得一定形狀和尺寸的內(nèi)孔 這種沖裁稱為沖孔 若沖裁的目的在于獲得 具有一定外形輪廓和尺寸的零件 這種沖裁稱為落料 落料和沖孔的性質(zhì)完 全相同 但沖裁的目的不同 確定模具工作部分尺寸時(shí) 應(yīng)分別加以考慮 沖裁工藝是沖壓生產(chǎn)的主要工藝之一 沖裁既可以直接沖制出成品零 件 又可以為其他成形工序 如彎曲 拉延和成形等工序準(zhǔn)備毛坯 還可以 在已成形的沖壓件上進(jìn)行修邊和沖孔等 板料的沖裁過程通常簡(jiǎn)單地分