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CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 題目 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 二級學(xué)院 直屬學(xué)部 專業(yè) 班級 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名 職稱 評閱教師姓名 職稱 2014 年 11 月 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 摘 要 本設(shè)計進行了落料 沖孔 拉深復(fù)合模的設(shè)計 文中簡要概述了沖壓模具目前的 發(fā)展?fàn)顩r和趨勢 對產(chǎn)品進行了詳細工藝分析和工藝方案的確定 按照沖壓模具設(shè)計 的一般步驟 計算并設(shè)計了本套模具上的主要零部件 如 凸模 凹模 凸模固定板 墊板 凹模固定板 卸料板 導(dǎo)尺 擋料銷 導(dǎo)正銷等 模架采用標(biāo)準(zhǔn)模架 選用了 合適的沖壓設(shè)備 設(shè)計中對工作零件和壓力機規(guī)格均進行了必要的校核計算 此外 本模具采用始用擋料銷和鉤形擋料銷擋料 模具的沖孔和落料凸模分別用不同的固定 板固定 便于調(diào)整間隙 沖孔凹模和落料凹模則采用整體固定板固定 落料凸模內(nèi)裝 有導(dǎo)正銷 保證了工件上孔和外形的相對位置準(zhǔn)確 提高了加工精度 如此設(shè)計出的 結(jié)構(gòu)可確保模具工作運行可靠和沖壓產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的要求 關(guān)鍵詞 復(fù)合模 校核 沖孔 落料 拉深 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 目 錄 1 緒論 1 1 1 沖壓技術(shù)概論 1 1 2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 2 1 3 復(fù)合模的主要特點 5 1 4 模具 CAD 技術(shù) 5 1 5 本課題的來源及主要任務(wù) 6 2 沖壓件的工藝性分析 7 2 1 工藝方案的分析和確定 7 2 1 1 毛坯直徑 D 的計算 7 2 1 2 拉深次數(shù) n 的計算 7 2 2 工藝方案的確定 7 2 3 計算各工序壓力 壓力中心 初選壓力機 8 2 3 1 沖裁力的計算 8 2 3 2 初選壓力機 9 2 3 4 確定壓力中心 9 2 4 沖壓工序 10 2 5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 2 5 1 模具結(jié)構(gòu)選擇 10 2 5 2 模具工作部分的尺寸和公差的確定 10 2 5 3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 2 6 整修工序 12 結(jié) 論 14 致 謝 15 參考文獻 16 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 1 1 沖壓技術(shù)概論 沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備 主要是壓力機 上的模具對材料施加壓力 使其產(chǎn) 生分離或塑性變形從而獲得所需零件 俗稱沖壓件或沖件 的一種壓力加工方法 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 沖壓是一種先進的金屬 加工方法 在國民經(jīng)濟的加工工業(yè)中占有重要的地位 與機械加工及塑性加工和其它 方法相比 沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點 主要表現(xiàn) 如下 1 1 沖壓一般沒有切削碎料產(chǎn)生 材料的消耗較少利用率高 一般為 70 85 易實現(xiàn)機械化和自動化 2 在形狀和尺寸精度方面的互換性較好 一般情況下可直接滿足裝配和使用 要求 3 沖壓可加工的尺寸范圍大 形狀復(fù)雜的零件 而這些零件用其它方法是不 可能或很難得到的 如薄殼件 4 被加工的金屬在沖壓加工過程中產(chǎn)生加工硬化 金屬內(nèi)部組織得到改善 機械強度有所提高 所以沖壓件剛度強度較好 5 沖壓時由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度 且一般不破壞沖壓材料的 表面質(zhì)量 而模具的壽命一般較長 所以沖壓件的質(zhì)量穩(wěn)定 互換性好 具有 一模 一樣 的特征 6 在大量生產(chǎn)的條件下 產(chǎn)品的成本低 經(jīng)濟效益較高 7 沖裁過程能耗較低 由此可見沖壓制得的零件具有表面質(zhì)量好重最輕成本低的優(yōu)點 所以沖壓在現(xiàn)代 工業(yè)生產(chǎn)中 尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛 相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多的采用 沖壓方法加工產(chǎn)品零件 如汽車 農(nóng)機 儀器 儀表 電子 航空 航天 家電及輕 工業(yè)等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖壓件所占的比重相當(dāng)?shù)拇?少則 60 以上 多則 90 以上 不少過去用鍛造 鑄造和切削加工方法制造的零件 現(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量 輕剛度好的沖壓件所代替 有些機械設(shè)備往往以沖壓件所占比例的大小作為評價結(jié)構(gòu) 是否先進的指標(biāo)之一 2 工業(yè)發(fā)達國家對冷沖壓生產(chǎn)工工藝的發(fā)展是很重視的 不少國家 如美國 日本等 模具工業(yè)產(chǎn)值己超過機床工業(yè) 從這些國家鋼材構(gòu)成可以看出冷沖壓的發(fā)展趨勢 鋼 帶和鋼板占全部品種的 67 充分說明沖壓這種加工方法己成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要 手段和發(fā)展方向 沖壓技術(shù)的發(fā)展特征是 1 沖壓成形科學(xué)化 數(shù)字化和可控化 2 突出 精 省 凈 三大優(yōu)勢 3 沖壓成形可以實現(xiàn)全過程控制 4 產(chǎn)品從設(shè)計開始即進入控制 考慮工藝 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 2 5 沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性 1 2 我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢 當(dāng)前 我國工業(yè)生產(chǎn)的特點是產(chǎn)品品種多 更新快和市場競爭激烈 在這種情況 下 用戶對模具制造的要求是交貨期短 精度高 質(zhì)理好 價格低 因此 模具工業(yè) 的發(fā)展的趨勢是非常明顯的 1 模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化 模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化 以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔 如塑封 模已達 到一模幾百腔 使模具日趨大型化 隨著零件微型化 以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要 求 如多工位級進模工位數(shù)的增加 其步距精 度的提高 精密模具精度已由原來的 5 m 提高到 2 3 m 今后有些模具加工精度公差要求 在 1 m 以下 這就要求發(fā) 展超精加工 2 多功能復(fù)合模具將進一步發(fā)展 新型多功能復(fù)合具是在多工位級進?；A(chǔ)上開發(fā)出來的 一套多功能模具除了沖 壓成 形零件外 還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位 疊壓 攻絲 鉚接 鎖緊等組裝任務(wù) 通過這種多勸 能模具生產(chǎn) 出來的不再是單個零件 而是成批的組件 如觸頭與支座的組件 各種小 型電機 電器及儀 表的鐵芯組件等 3 熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高 由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質(zhì)量 并能大幅度節(jié)省制作的 原材料和節(jié) 約能源 所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革 國外熱流道模具 已有一半用上了熱 流道技術(shù) 有的廠甚至已達 80 以上 效果十分明顯 國內(nèi)近幾年 已開始推廣應(yīng)用 但總體 還達不到 10 個別企業(yè)已達到 20 30 制訂熱流道元 器件的國家標(biāo)準(zhǔn) 積極生產(chǎn)價廉高 質(zhì)量的元器件 是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵 4 氣體輔助注射模具和適應(yīng)高壓注射成形等工藝的模具將積極發(fā)展 氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝 它具有注射壓力低 制品翹曲變形 少 表面好以及易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點 可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下 大幅度降低 成本 國外 已經(jīng)較成熟 國內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用 氣體輔助注射成 形包括塑料熔體注射和氣體 一般均采用氮氣 注射成形兩面部份 比傳統(tǒng)的普通注射工藝有 更多的工藝參數(shù)需要確定和控制 而且氣體輔助注射常用于 較復(fù)雜的大型制品 模具設(shè)計和 控制的難度較大 因此 開發(fā)氣體輔助成型流動分析 軟件 顯得十分重要 為了確保塑料件精度 將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與 模具以及注射壓縮成型工 藝與模具 在注射成形中 影響成型件精度的最大因素是成 型收縮 高壓注射成型可強制樹 脂收縮率 增加塑件尺寸的穩(wěn)定性 模具要求剛性好 耐高壓 特別是精密模具的型腔應(yīng)淬 火 澆口密封性好 模具能準(zhǔn)確控制 注射壓縮 成型技術(shù) 是在模具預(yù)先半開模狀態(tài)或者在 鎖模力保持中壓或低壓 模具在設(shè)定的打 開量下 注射溶融樹脂 然后以最大的鎖模力進行 壓縮成型 其效果是 1 成型 件局部內(nèi)應(yīng)力小 2 可得到縮孔少的厚壁成型件 3 對于 塑件狹窄的部件也可 注入樹脂 4 用小注射力能得到優(yōu)良制品 該類模具的理想結(jié)構(gòu)是 1 注射時 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 樹脂以低的流動阻力迅速充填型腔 2 充填完后能立即遮斷澆口部 3 壓縮作 用應(yīng) 僅限于型腔部 5 快速經(jīng)濟模具的前景十分廣闊 現(xiàn)在是多品種 少批量生產(chǎn)的時代 到下一個世紀(jì) 這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的 比例 將達 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面制品的花樣變 化頻繁 均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好 因此 開發(fā)快速經(jīng)濟具越來越引起人們的 重視 例如 研制 各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制作或其中填充金屬粉末 玻璃 纖維等的簡易模具 中 低 熔點合金模具 噴涂成型模具 快速電鑄模 陶瓷型精鑄 模 陶瓷型吸塑模 疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟模具將進一步發(fā)展 快換 模架 快換沖頭等也將日益發(fā)展 另外 采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝 置 快速試模技術(shù)也會得到發(fā)展和提高 6 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛 使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造 成本 因此 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛 為此 首先要制訂統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn) 并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn) 其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn) 提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量 降低成本 再次是 要進一步增加標(biāo)準(zhǔn)件 規(guī)格品種 發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng) 保證供貨迅速 7 模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用 先進的表面處理技術(shù)將進一步受重視在整個模具價格構(gòu)成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 之間 因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命 就顯得十分必要 對于模具鋼來說 要采用電渣 重熔工藝 努力提高鋼的純凈度 等 向性 致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼 如采用粉末冶金工藝 制作的粉末高速鋼等 粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗 大和偏析 從而影響材質(zhì)的問題 其碳化物微細 組織均勻 沒有材 料方向性 因此 它具有韌性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長年使用尺寸穩(wěn)定等特點 是一 種很有發(fā) 展前途的鋼材 特別對形狀復(fù)雜的沖件及高速沖壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 這 種 鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強塑料的模具 如型腔 形芯 澆口 等主要部件 另外 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產(chǎn)品精料化 制品化 盡量縮短供 貨時間亦是 重要方向 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán) 節(jié) 模具熱處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理 模具表面處理除完善普及常用表面處 理方法 即擴滲如 滲碳 滲 氮 滲硼 滲鉻 滲釩外 應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴 工藝先進 的氣相沉積 TiN TiC 等 等離子 噴涂等技術(shù) 8 在模具設(shè)計制造中將全面推廣 CAD CAM CAE 技術(shù) 模具 CAD CAM CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑 實踐證明 模具 CAD CAM CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向 現(xiàn)在 全面普及 CAD CAM CAE 技術(shù)已基本成熟 由于模具 CAD CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù) 近 年來模具 CAD CAM 技術(shù)的硬件與軟件 價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度 特別是微機的普及應(yīng)用 更為廣大模具企業(yè)普 及模具 CAD CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好的條 伯 隨著微機軟件的發(fā)展和進步 技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨 簡化 在普及推廣模具 CAD CAM 技術(shù)的過程中 應(yīng)抓住機遇 重點扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā) 和應(yīng)用 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 4 加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度 應(yīng)時一步擴大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍 對于已普 及了 模具 CAD CAM 技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說 應(yīng)積極做好模具 CAD CAM 技術(shù)的深化 應(yīng)用工作 即開展企業(yè)信息化工程 可從 CAPP PDM CIMS VR 逐步深化和提高 10 快速原型制造 RPM 技術(shù)得到更好的發(fā)展 快速原型制造 RPM 技術(shù)是美國首先推出的 它是伴隨著計算機技術(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 RPM 技術(shù)是集精 密機械制造 計算機 NC 技術(shù) 激光成形技術(shù)和材 料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù) 被公認(rèn) 為是繼 NC 技術(shù)之后的一次技術(shù)革命 RPM 技術(shù)可直接或間接用于模具制造 首先是通過立體光固化 SLA 疊層實體 制造 LOM 激光選區(qū)燒結(jié) SLS 三維打印 3D P 熔融沉積成形 FDM 等不 同方法得到制件原型 然后通 過一些傳統(tǒng)的快速制模方法 獲得長壽命的金屬模具或 非金屬的低壽命模具 主要有精密鑄 造 粉末冶金 電鑄和熔射 熱噴涂 等方法 這種方法制模 具有技術(shù)先進 成本較低 設(shè) 計制造周期短 精度適中等特點 從模 具的概念設(shè)計到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間 的 1 3 和成本的 1 4 左右 因此 快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合 將是傳統(tǒng)快速 制模技術(shù) 進一步深入發(fā)展 的方向 RPM 技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動 研磨 成形法中母模 電極研 具 制造困難問題 使該法獲得新生 青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于 RE 逆 向工程技術(shù) RPM 的模具并行 開發(fā)系統(tǒng) 具有開發(fā)質(zhì)量高 開發(fā)成本低及開發(fā)周期 短等優(yōu)點 11 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)速可達到 40000 100000r min 快速進給 速 度可達到 30 40m min 換刀時間可提高到 1 3S 這樣就大幅度提高了加工效率 如在加 工壓鑄模時 可提高 7 8 倍 并可獲得 Ra 10um 的加工表面粗糙度 形狀 精度可達 10um 另外 還可加工硬度達 60HRC 的模塊 形成了對電火花成形加工的 挑戰(zhàn) 因此 高速銑削加 工技術(shù)的發(fā)展 促進了模具加工的發(fā)展 特別是對汽車 家 電行業(yè)中大型腔模具制造方面注 入了新的活力 12 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 200 多家模具廠點得到應(yīng)用 取得良 好效 果 該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕牡哪Ｐ退璧闹T多功能 大 大縮短的研 制制造周期 如 RENSCAN200 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 用雷尼紹的 SP2 1 掃描測頭實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集 控制核心是雷尼 紹 TRACECUT 軟件 可自動 生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工等程序及不同格式的 CAD 數(shù)據(jù) 用于模具制造業(yè)的 逆向工 程 該公司又推出了 CYCLON 高速掃描機 這是 一臺獨立工作的專門用來掃描的設(shè)備 不占 用加工機床的工作時間 其掃描速度最高 可達 3m min 大大縮短了模具制造周期 另外 其數(shù)據(jù)采集速度比 RENSCAN200 快 定時探針接觸力小 因此可以用非常細的探針 用來掃 描細小的模具和細微的特征 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 表面 擴大模具生產(chǎn)的品種范圍 由于模具掃描系統(tǒng)已在汽車 摩托車 定電等行業(yè) 得到成功應(yīng)用 相信在 十五 期 間將發(fā)揮更大作用 13 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 約占整個模具制造周期的 1 3 且工人勞動強度大 質(zhì)量不穩(wěn)定 制約 了我國模具加工 向更高層次發(fā)展 因此 研究拋光的自動化 智能化是重要的發(fā)展趨 勢 日本已研制了數(shù)控 研磨機 可實現(xiàn)三維曲面模具研磨拋光的自動化 智能化是重 要的發(fā)展趨勢 日本已研制了 數(shù)控研磨機 可實現(xiàn)三給曲面模具研磨拋光的自動化 另外 由于模具型腔形狀復(fù)雜 任何 一種研磨拋光方法都有一定局限性 應(yīng)注意發(fā)展 特種研磨與拋光 如擠壓衍磨 電化學(xué)拋光 超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備 以 提高模具表面質(zhì)量 14 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展 國外已出現(xiàn)了模具自動加工系統(tǒng) 這也是我國長遠 發(fā)展 的目標(biāo) 模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征 多臺機床合理組合 配有隨行定位夾 具或定位盤 有完整的機具 刀具數(shù)控庫 有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng) 有質(zhì)量監(jiān)測 控制系統(tǒng) 1 3 復(fù)合模的主要特點 復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊 沖出的制件精度較高 生產(chǎn)率也高 適合大批量生產(chǎn) 特別是 孔與制件外形的同心度容易保證 但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造較困難 按照落料凹模安裝的位置 復(fù)合模可分為正裝與倒裝兩種形式 1 4 模具 CAD 技術(shù) CAD 是計算機輔助設(shè)計 Computer Aided Design 的簡稱 指利用計算機硬件和 軟件進行的設(shè)計活動 包括使用計算機的數(shù)據(jù)庫 程序庫 有時候也簡稱為方法庫 及通訊等技術(shù)來完成設(shè)計過程的信息檢索 分析 綜合 造型 修改及文件的編制工 作 模具 CAD 是模具計算機輔助設(shè)計 Computer Aided Die Design 的簡稱 指用計 算機作為主要的技術(shù)手段來生成和運用各種數(shù)字和圖像信息 以進行模具的設(shè)計 模 具 CAD 系統(tǒng)為設(shè)計人員提供了一個高效的設(shè)計環(huán)境 使人的創(chuàng)造性獲得完美的發(fā)揮 擺脫了大量煩瑣的重復(fù)性繪圖工作 更重要的是改變了傳統(tǒng)的圖紙 實物傳遞方式 從而大幅度地提高了模具設(shè)計質(zhì)量 對于傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造是一次重大的變革 3 它是至今以來最具有生產(chǎn)潛力的工具之一 也是未來模具行業(yè)持續(xù)生存和發(fā)展前提 自從美國 Die Comp 公司于 1971 年在簡單級進模中首先將 CAD CAM 技術(shù)引入到 沖模設(shè)計與制造中以來 沖模以 CAD CAM 技術(shù)已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方 向之一 1978 年日本機械工程實驗室開發(fā)了 MEL 系統(tǒng) 采用了圖形顯示設(shè)備和交互 圖形設(shè)計技術(shù) 使 CAD 開始走向?qū)嵱没?到 80 年代中期 人工智能技術(shù)在模具設(shè)計 與制造中獲得應(yīng)用 美國 Purdue 大學(xué)的 G Eshel 等于 1984 年開發(fā)了軸對稱拉深件沖壓 工藝設(shè)計的專家系統(tǒng) 1992 年印度學(xué)者 Y K D V Prasad 等在 AUTOCAD 基礎(chǔ)上開發(fā)了 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 6 普通沖裁模的 CAD CAM 系統(tǒng) CADDS 采用參數(shù)化編程技術(shù)建立了模具標(biāo)準(zhǔn)件庫 但 模具設(shè)計仍以交互式圖形設(shè)計為主 1991 年 Michael R Doffey 等在探討級進模的 CAD CAM 時針對簡單鉸鏈件的沖壓加工開發(fā)了一個利用特征 Feature 作為表達知 識單元的系統(tǒng) 12 該系統(tǒng)將模具的表達分為幾何實體 特征 零件 裝配等四個層次 條料排樣采用基于規(guī)則的推理方法及自動設(shè)計 模具結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計分為標(biāo)準(zhǔn)件自 動設(shè)計和凸 凹模等非標(biāo)準(zhǔn)件交互設(shè)計兩個部分 使模具設(shè)計走向智能化方向 我國在沖壓模具的 CAD CAM 方面也取得了重大進展 上海交通大學(xué)在 20 世紀(jì) 80 年代初期開展了大規(guī)模的 CAD CAM 研究開發(fā)工作 采用交互設(shè)計方法和進行條料 排樣 模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計方面采用了典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件的自動調(diào)用和交互設(shè)計相 結(jié)合的方法 開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)庫 貯存了各種沖模的典型結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)零件 設(shè)計經(jīng) 驗 設(shè)計方法和步驟 并向用戶開放 目前在上海交通大學(xué)已建立了模具 CAD CAM 國家工程中心 華中科技大學(xué)于 1981 年首先開始了精沖模的 CAD CAM 工作 近年來 在沖壓件特 征建模 專家系統(tǒng)以及 CAD CAM 系統(tǒng)柔性化方面都取得了卓越的成就 并建立了模具 CAD CAM 國家重點實驗室 國內(nèi)其他高校 研究所和大型企業(yè)在沖模 CAD CAM 方面也進行了許多探索和實踐 并獲得了眾多可喜的成果 從以上沖壓工藝與模具的各個發(fā)展方向中可以看出 沖壓工藝與模具設(shè)計技術(shù) 是一門從事現(xiàn)代塑性加工所必須掌握的重要課程 該技術(shù)的理論性和實用性均很強 因此 學(xué)習(xí)時應(yīng)從理論與實踐相結(jié)合的角度研究 探討 并側(cè)重加強工程實踐能力 1 5 本課題的來源及主要任務(wù) 本課題主要任務(wù)就是設(shè)計一落料拉深沖孔復(fù)合模 繪制出模具裝配圖和大部分零 件圖 熟悉復(fù)合模設(shè)計步驟 并與課程設(shè)計過的彎曲模和級進模作個比較 了解復(fù)合 模的結(jié)構(gòu)特點 本課題任務(wù)主要有兩個特點 1 涉及沖壓模具方面的知識 2 涉及機械制造方面的 知識 從上述任務(wù)特點可以知道 本課題知識的綜合性較強 涉及的知識面較廣 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 2 沖壓件的工藝性分析 制件如圖 1 所示 材料為 10 鋼板 板厚 1mm 制件精度為 IT11 級 形狀簡單 尺寸不大 大批量 生產(chǎn) 屬普通沖壓件 工藝性分析 根據(jù)制件的材料 厚度 形狀及尺寸 在沖壓工藝設(shè)計和模具設(shè)計時 應(yīng)特別注 意以下幾點 1 該制件為落料拉深沖孔件 在設(shè)計時 毛坯尺寸要計算準(zhǔn)確 2 沖裁間隙 拉深凸凹模間隙應(yīng)符合制件的要求 3 各工序凸凹模動作行程的確定應(yīng)保證各工序工作穩(wěn)妥 連貫 2 1 工藝方案的分析和確定 工藝方案的分析 根據(jù)制件的工藝性分析 其基本工序有落料 拉深 沖孔三種 拉深件的毛坯尺寸及拉深次數(shù) 應(yīng)通過計算確定 2 1 1 毛坯直徑 D 的計算 因為拉深相對高度 h d 16 99 0 162 因為是無凸緣零件 h 15mm 0 18 130 23 4mm 初選為 25mm 凹模壁厚 C 1 5 2 H 37 5 50 取 c 45mm 所以凹模外徑 L 130 2 45 220 mm 根據(jù)冷沖壓典型組合尺寸有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 凹模外徑 D 取 250mm 選擇模架及確定其他零件 根據(jù)凹模周界尺寸 D 250mm 考慮采用橫向送料 故擬用后側(cè)導(dǎo)柱圓形模架 查 手冊 可得模架規(guī)格 250 250 GB T2851 6 1990 其他零件規(guī)格 上模座 250 50 GB T2855 11 1990 下模座 250 65 GB T2851 12 1990 導(dǎo) 柱 32 210 GB T2861 1 1990 35 210 GB T2861 1 1990 導(dǎo) 套 32 115 48 GB T2861 6 1990 35 115 48 GB T2861 6 1990 模 柄 A50 x110 卸料螺釘 按 GB2867 6 81 選 d 12mm 的內(nèi)六角卸料螺釘 螺柱長 L 116mm 卸料螺釘窩深 應(yīng)滿足 閉合高度 H0 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 12 模具閉合高度應(yīng)為上模 下模板 彈性卸料板 凹模 墊板 固定板等厚度的總 和 即 H0 60 6 20 68 65 10 1 mm 228mm 1mm 是考慮凸模進入凹模的深度 根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整 可略有增減 以制件完 全分離為準(zhǔn) 所選壓力機閉合高 Hmax240mm Hmin 210 滿足 Hmax 5mm H 0 Hmin 10mm 2 6 整修工序 整修是將普通沖裁后的毛坯放在整修模中 進行一次或多次加工 除去粗糙不平 的沖裁剪切面和錐度 從而得到光滑平整的斷面 整修后 零件尺寸精度可達 IT6 IT7 級 表面粗糙度 Ra 值可達 0 8 0 4um 常用的整修方法主要有外緣整修 內(nèi)孔整修 疊 料整修和振動整修 1 下模座 2 墊板 3 凹模固定板 4 導(dǎo)柱 5 導(dǎo)套 6 整形凹模 7 凸模固定板 8 整形凸模 9 上模座 10 螺釘 11 推桿 12 模柄 13 推件器 14 銷釘 外緣整修 其整修過程相當(dāng)于用壓力機切削加工 將預(yù)先留有整修余量的工件置于整修凹模 上 由凸模將毛坯壓入凹模 毛坯外緣金屬纖維被凹模切斷 形成環(huán)行切削 n1 n2 隨 著凸模下降 外緣金屬纖維逐步被切去 切屑逐步外移斷裂 直至最后階段 切屑成 長減弱 又相當(dāng)于普通剪切變形 產(chǎn)生裂紋 完全切斷分離 整修后得到的工件斷面 光潔垂直 只是在最后斷裂時有很小的粗糙面 約 0 1mm 左右 外緣整修的質(zhì)量與 整修次數(shù) 整修余量及整修模結(jié)構(gòu)等因素有關(guān) 整修次數(shù)與工件的材料厚度 形狀有關(guān) 對于厚度在 3mm 以下 外形簡單 圓滑 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 的工件一般只需一次整修 厚度大于 3mm 或工件有尖角時 需進行多次整修 否則會 產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象 一次整修余量沿外形周邊需均勻分布 毛坯上所留整修余量必須適當(dāng) 才能保證整修后得到光滑平直的斷面 從圖可看 到 總的雙邊切除余量為 S Z D 式中 S 總的雙邊被切除金屬量 Z 落料模雙邊間隙 mm D 雙邊整修余量 mm 內(nèi)孔整修 切除余量的內(nèi)孔整修 其工作原理與外緣整修相似 不同的是利用凸模切除余量 整修目的是校正孔的坐標(biāo)位置 降低表面粗糙度和提高孔的尺寸精度 一般可達 IT5 IT6 級 表面粗糙度 Ra 值達 0 2um 這種整修方法除要求凸模刃口鋒利外 還需有合理 的余量 過大的余量不僅會降低凸模壽命 而且切斷面將被拉裂 影響光潔度與精度 余量過小則不能達到整修的目的 修孔余量與材料種類 厚度 預(yù)先制孔的方式 沖 孔或鉆孔 等因素有關(guān) 修孔余量可用下式計算 D 2s c 2 82x c 式中 D 雙邊修孔余量 mm S 修正前孔具有的最大偏心距 mm C 補償定位誤差 可查表 x y 修正前孔可能具有的最高坐標(biāo)誤差 內(nèi)孔整修時 凸模應(yīng)從孔的小端進入 孔在整修后由于材料的彈性變形 使孔徑 稍有縮小 其縮小值近似為 鋁 0 005 0 010mm 黃銅 0 007 0 012mm 軟鋼 0 008 0 015mm 內(nèi)孔整修還有一種是用心棒精壓 它是利用硬度很高的心棒或鋼珠 強行通過尺 寸稍小一些的毛坯孔 將孔表面壓平 此法用于 d t 3 4 及 t 3mm 的情況 它不但可 以利用鋼珠加工圓形孔 而且可以利用心棒加工帶有缺口等的非圓形孔 疊料整修 用一般的整修方法 要得到小的間隙必須有相當(dāng)高精度的模具 而且還有一個最 佳整修余量的選擇問題 通過一次整修不一定能得到光滑的表面 由于整修時凸模不進入凹模內(nèi) 所以模具制造容易 而且也不存在凸模的磨損問 題 與一般整修方法相比 適用材料的范圍和允許加工余量的范圍都寬 其缺點是在 下一行行程的毛坯進入之后 就必須除去切屑 所以需要有相應(yīng)的措施 為提高切削 性能和使切屑容易排出 可以采用在凹模端面上加工出 10 15 的前角或斷屑槽 以 及用高壓的壓縮空氣吹掉切屑 此外 由于下一次行程的毛坯起了凸模作用 而毛坯 比凸模的料軟得多 相當(dāng)于在凸模刃口加上圓角 因而產(chǎn)生的毛坯相當(dāng)大 振動整修 是借助與專門壓力機在凸模上附加一個軸向振動 斷續(xù)地進行切削 這樣使原來 比較難于整修的材料變得容易整修 還能降低整修表面的粗糙度 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 14 結(jié) 論 1 通過對汽車車輪蓋工件的工藝分析 充分了解了此零件的各種工藝 以及在 設(shè)計模具和工序安排過程中應(yīng)該注意的事項 使工藝過程和模具設(shè)計更趨于合理化 掌握了設(shè)計時的工序安排過程中應(yīng)該注意的原則和一些必要的事宜 2 設(shè)計時 要考慮到前后工序的關(guān)聯(lián)性 以及模具的關(guān)聯(lián)性 合理安排工序 盡量使模具的結(jié)構(gòu)更緊密 同時在設(shè)計的過程中還要考慮到所設(shè)計零件的可加工性 要盡可能多的選用標(biāo)準(zhǔn)零件 達到規(guī)范化設(shè)計的要求 3 大量運用計算機輔助設(shè)計扭 AutoCAD 來完成模具的設(shè)計 從而省不少時間 和精力 同時也使設(shè)計更趨于精確化 規(guī)范化 系統(tǒng)化 常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計在完成過程中得到老師的悉心指導(dǎo) 多次親自來到寢室詢問設(shè)計進 度 為我指點迷津 幫助我開拓設(shè)計思路 精心點撥 熱忱鼓勵 老師一絲不茍的作 風(fēng) 嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度 踏踏實實的精神 令我非常敬佩 設(shè)計雖歷時三月 卻給以終 生受益無窮之道 對郭老師的感激之情是無法用言語表達的 同時感謝身邊同學(xué)的積 極幫助 通過交流 作者獲益匪淺 在此也表示衷心的感謝 由于作者水平有限 論文內(nèi)容難免存在疏漏之處 肯請各位老師及讀者給予批評 指正 汽車車輪蓋沖壓模具設(shè)計 16 參考文獻 1 冷沖模設(shè)計及制造 中國機械工業(yè)教育協(xié)會 機械工業(yè)出版社 2 冷沖壓模具設(shè)計指導(dǎo) 王 芳 機械工業(yè)出版社 3 冷沖壓及塑料成型工藝與模具設(shè)計資料 虞傳寶 機械工業(yè)出版社 4 沖模技術(shù) 涂光祺 機械工業(yè)出版社 5 沖壓工藝與模具設(shè)計 姜奎華 機械工業(yè)出版社 6 沖壓加工技術(shù)手冊 谷維忠 徐恩義 輕工業(yè)出版社 7 模具設(shè)計指導(dǎo) 史鐵梁 機械工業(yè)出版社 8 多工位級進模設(shè)計 邱永成 國防工業(yè)出版社 9 模具結(jié)構(gòu)圖冊 鄭大中 機械工業(yè)出版社 10 典型實用模具圖冊 王一梅 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社 11 moldflow pty ltd Moldflow plastics Insight Training manual M Australia Moldflow pty ltd 2003 12 Li Chunlin Apply agent to build grid service management J Journal of Net work and Applications 2003 26 4 13 Kim G J szykman S Combining Internative Enploration and Optimization for Assembly Design ASME Journal of mechanical Design 1998 3