電器開關(guān)網(wǎng)芯零件沖壓工藝及模具設(shè)計,電器,開關(guān),零件,沖壓,工藝,模具設(shè)計 南昌航空大學科技學院學士學位論文 1 緒論 1.1 概述 沖壓成形作為現(xiàn)代工業(yè)中一種十分重要的加工方法，用以生產(chǎn)各種板料零件,具有很多獨特的優(yōu)勢，其成形件具有自重輕、剛度大、強度高、互換性好、成本低、生產(chǎn)過程便于實現(xiàn)機械自動化及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是一種其它加工方法所不能相比和不可替代的先進制造技術(shù)，在制造業(yè)中具有很強的競爭力，被廣泛應(yīng)用于汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活的生產(chǎn)之中。 在吸收了力學、數(shù)學、金屬材料學、機械科學以及控制、計算機技術(shù)等方面的知識后，已經(jīng)形成了沖壓學科的成形基本理論。以沖壓產(chǎn)品為龍頭，以模具為中心，結(jié)合現(xiàn)代先進技術(shù)的應(yīng)用，在產(chǎn)品的巨大市場需求刺激和推動下，沖壓成形技術(shù)在國民經(jīng)濟發(fā)展、實現(xiàn)現(xiàn)代化和提高人民生活水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。 1.2 沖壓技術(shù)的進步 進幾十年來，沖壓技術(shù)有了飛速的發(fā)展，它不僅表現(xiàn)在許多新工藝與新技術(shù)在生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用上，如：旋壓成形、軟模具成形、高能率成形等，更重要的是人們對沖壓技術(shù)的認識與掌握的程度有了質(zhì)的飛躍[1]。 現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)是一種大規(guī)模繼續(xù)作業(yè)的制造方式，由于高新技術(shù)的參與和介入，沖壓生產(chǎn)方式由初期的手工操作逐步進化為集成制造（圖1-1）。生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)機械化、自動化、并且正在向智能化、集成化的方向發(fā)展。實現(xiàn)自動化沖壓作業(yè)，體現(xiàn)安全、高效、節(jié)材等優(yōu)點，已經(jīng)是沖壓生產(chǎn)的發(fā)展方向。 圖1-1 沖壓作業(yè)方式的進化 沖壓自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)使沖壓制造的概念有了本質(zhì)的飛躍。結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)信息系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理信息系統(tǒng)的成果，由這三方面組合又形成現(xiàn)代沖壓新的生產(chǎn)模式—計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把產(chǎn)品概念形成、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后服務(wù)全過程通過計算機等技術(shù)融為一體，將會給沖壓制造業(yè)帶來更好的經(jīng)濟效益，使現(xiàn)代沖壓技術(shù)水平提高到一個新的高度。 1.3 模具的發(fā)展與現(xiàn)狀 模具技術(shù)水平的高低，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，因此已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。 現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)、資金密集型的行業(yè)。它作為重要的生產(chǎn)裝備行業(yè)在為各行各業(yè)服務(wù)的同時，也直接為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。由于模具生產(chǎn)要采用一系列高新技術(shù)，如CAD/CAE/CAM/CAPP等技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、逆向工程和并行工程、快速成型技術(shù)及敏捷制造技術(shù)、高速加工及超精加工技術(shù)等等，因此，模具工業(yè)已成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個重要組成部分，有人說，現(xiàn)代模具是高技術(shù)背景下的工藝密集型工業(yè)。模具技術(shù)水平的高低，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，因此已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。 模具工業(yè)是無以倫比的"效益放大器"。用模具加工產(chǎn)品大大提高了生產(chǎn)效率，而且還具有節(jié)約原材料、降低能耗和成本、保持產(chǎn)品高一致性等特點。因此模具被稱為"效益放大器"，在國外，模具被稱為"金鑰匙"、"進入富裕社會的原動力"等等。從另一個角度上看，模具是人性化、時代化、個性化、創(chuàng)造性的產(chǎn)品。更重要的是模具發(fā)展了，使用模具的產(chǎn)業(yè)其產(chǎn)品的國際競爭力也提高了。據(jù)國外統(tǒng)計資料，模具可帶動其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的比例大約是1:100，即模具發(fā)展1億元，可帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)100億元。 模具不是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。它具有單件生產(chǎn)和對特定用戶的依賴特性。就模具行業(yè)來說，引進國外先進技術(shù)，不能采用通常的引進產(chǎn)品許可證和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等方式，而主要是引進已經(jīng)商品化了的CAD/ CAM /CAE軟件和精密加工設(shè)備等。模具的CAD/CAE/CAM涉及面廣、集多種學科與工程技術(shù)于一體，是綜合型、技術(shù)密集型產(chǎn)品。如塑料模具的CAE技術(shù)要利用高分子材料學、流變學、傳熱學、計算力學、計算機圖形學等知識，涉及的領(lǐng)域還包括聲波及電磁場、溫度場等各類物理場，通過工程分析、來建立塑料成型的數(shù)學和物理模型，構(gòu)造有效的數(shù)值計算方法，實現(xiàn)成型過程的動態(tài)仿真分析。現(xiàn)代化的模具要實現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造、數(shù)字化管理、數(shù)字化生產(chǎn)流程。這些模具的數(shù)字化代表了現(xiàn)代模具的一個方面，沒有模具的數(shù)字化，就沒有現(xiàn)代模具。模具的CAD/CAE/CAM技術(shù)日新月異，重要的工作是后續(xù)對人員的培訓和對于引進的軟件進行二次開發(fā)。像我們熟知的CIMATRON公司不但在塑料模具的CAD/ CAM軟件上在中國保持其市場占有率并且在擴大，而且在沖壓模具、多成份橡膠制鞋模具等領(lǐng)域開拓，也將大顯身手；開發(fā)FUTABA、LKM、MISUMI標準模架數(shù)據(jù)庫的工作也已提上日程。這是為模具行業(yè)服務(wù)的具體體現(xiàn)。 1、我國模具工業(yè)基本狀況簡介 我國模具工業(yè)近年來發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年我國模具生產(chǎn)廠點約有２萬多家，從業(yè)人員約50多萬人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭，模具企業(yè)總體上訂單充足，任務(wù)飽滿，2004年模具產(chǎn)值530億元。進口模具18.13億 美元，出口模具4.91億美元，分別比2003年增長18%、32.4%和45.9%。進出口之比2004年為3.69:1，進出口相抵后的進凈口達13.2億美元，為凈進口量較大的國家。 在２萬多家生產(chǎn)廠點中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過億元的模具企業(yè)只有20多家，中型企業(yè)幾十家，其余都是小型企業(yè)，多數(shù)只有幾十名職工，百十萬產(chǎn)值，自有資金有限，靠自我發(fā)展很困難。 近年來， 模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型、精密、復(fù)雜、長壽命中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量增加，能力提高較快；"三資"及私營企業(yè)發(fā)展迅速；國企股份制改造步伐加快等。 2004年模具行業(yè)還顯現(xiàn)另外兩個特點，一是各地政府對模具工業(yè)的發(fā)展進一步關(guān)注。許多地方政府進一步認識到模具工業(yè)對發(fā)展制造業(yè)的重要意義，因此加強了模具工業(yè)園區(qū)的建設(shè)。已有的園區(qū)進一步擴大，如寧波余姚、寧海和蘇州昆山等模具園區(qū)都有所擴大；新的模具工業(yè)園區(qū)正在加緊建設(shè)，如重慶、大連、深圳市等已建立模具園區(qū)；另外沈陽、西安、成都、上海、寧波北侖、浙江黃巖等地都在積極籌備建立模具園區(qū)，以利帶動地區(qū)模具及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈乃至制造業(yè)的發(fā)展，有些高科園內(nèi)模具企業(yè)已占有相當?shù)姆萘?，像天津高新區(qū)就有40多家模具企業(yè)。 二是外資及社會投資模具產(chǎn)業(yè)增長顯著。許多地方加強了吸引外資及合資投入模具工業(yè)的工作，特別是在高新技術(shù)園區(qū)和工業(yè)園區(qū)，外資、合資模具企業(yè)進一步增加，如蘇州昆山模具園區(qū)，60%以上是外資企業(yè)。大連模具園區(qū)到日本、韓國招商。而有些地區(qū)高科技園內(nèi)模具企業(yè)已占有相當?shù)姆萘?，像天津高新區(qū)有40多家模具企業(yè)。由于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的拉動，社會投資模具產(chǎn)業(yè)有所加強，如五糧液集團投資5億元建立汽車模具生產(chǎn)廠，比亞迪公司投資2億元建立了北京汽車模具公司，等等。 從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)（模具產(chǎn)值已占全國總量的70%左右）發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)較為集中的省份是廣東和浙江。我國模具總量雖然已位居日、美、德之后，但設(shè)計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，也要比英國、加拿大、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等有差距。 2、落后和差距主要表現(xiàn)在下列幾方面 （1）總量供不應(yīng)求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠合理。 其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率嚴重不足，大量進口。國內(nèi)模具總量中屬大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的比例不足30%，國外在50%以上。 （2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)都不夠合理。 我國模具生產(chǎn)廠點中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，國外70%以上是商品模具；專業(yè)模具廠也大多數(shù)是"大而全 "、"小而全"的組織形式，國外模具企業(yè)是"大而專"、"大而精"。2004年中國模協(xié)在德國訪問時，從德國工、模具行業(yè)組織--德國機械制造商聯(lián)合會（VDMA）工模具協(xié)會了解到，德國有模具企業(yè)約5000家。2003年德國模具產(chǎn)值達48億歐元。其中（VDMA）會員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國模具產(chǎn)值的90%，可見其規(guī)模效益。 （3） 工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低，技術(shù)結(jié)構(gòu)、模具產(chǎn)品水平比國際水平低許多。而模具生產(chǎn)周期卻要比國際水平長許多。 產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在對后續(xù)使用模具制造制件的工藝（如沖壓工藝）理解上，在模具設(shè)計上；在加工中精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復(fù)雜程度上等?，F(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)密集型、資金密集型的產(chǎn)業(yè)，由于模具行業(yè)是微利行業(yè)，因而總體來看模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，至使科技進步的步伐跟不上模具市場的需要。雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進了不少國外先進設(shè)備，但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多，特別是設(shè)備數(shù)控率和CAD/CAM應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多。由于體制和資金等方面原因，引進設(shè)備不配套、設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低，開發(fā)能力較差，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)方面投入太少。不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場經(jīng)濟中常處于被動地位。 （4）技術(shù)人才嚴重不足，經(jīng)濟效益欠佳。隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，能掌握和運用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工藝設(shè)計異常短缺，高級鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊缺。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平也較低，我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多15～20萬美元，有的達到 25～30萬美元。我國模具企業(yè)大都微利，缺乏后勁。 （5）與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后。技術(shù)落后易被發(fā)現(xiàn)，管理落后易被忽視。國內(nèi)大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理模式，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多。信息化、數(shù)字化管理在模具企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)在剛剛開始。 （6）專業(yè)化、標準化、商品化的程度低，協(xié)作差。 由于長期以來受"大而全""小而全"影響，模具專業(yè)化生產(chǎn)水平低，專業(yè)化分工不細，商品化程度也低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40%左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不好，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。與國際水平相比要落后許多。模具標準化水平低， 模具標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。 20年來我國模具制造水平有了很大的提高，模具的CAD/ CAM已很普遍，CAM/CAPP也在積極推廣。如今我國生產(chǎn)的模具精度已達到微米級，與20年前相比，模具壽命提高了幾十倍，模具生產(chǎn)周期縮短了約3/4，模具的標準件使用覆蓋率從幾乎是零，達到45%左右。 20年來我國模具人才的培養(yǎng)也上了一個很大的臺階。20年前我國大專院校都沒有設(shè)立模具專業(yè)的，而如今，已有六、七十所大專院校設(shè)立了模具專業(yè)。中國模協(xié)在全國建有38個模具人才培訓基地，CIMATRON也是中國模協(xié)的人才培訓基地之一，自然肩負著軟件的推廣、軟件的二次開發(fā)及人才培訓工作。 上述情況正是我們模具行業(yè)和模具相關(guān)行業(yè)要一同努力，使之發(fā)展的領(lǐng)域，在這里，我們要感謝CIMATRON軟件對中國模具行業(yè)的貢獻，希望CIMATRON中國公司進一步在模具軟件的開發(fā)、普及和培訓人才方面，與中國模具企業(yè)一同發(fā)展。 1.4 模具CAD/CAE/CAM技術(shù) 沖壓技術(shù)的進步首先通過模具技術(shù)的進步來體現(xiàn)出來。對沖模技術(shù)性能的研究已經(jīng)成為發(fā)展沖壓成形技術(shù)的中心和關(guān)鍵。 20世紀60年代初期，國外飛機、汽車制造公司開始研究計算機在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用。通過以計算機為主要技術(shù)手段，以數(shù)學模型為中心，采用人機互相結(jié)合、各盡所長的方式，把模具的設(shè)計、分析、計算、制造、檢驗、生產(chǎn)過程連成一個有機整體，使模具技術(shù)進入到綜合應(yīng)用計算機進行設(shè)計、制造的新階段。模具的高精度、高壽命、高效率成為模具技術(shù)進步的特征。 模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計算機軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計算機對產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進行設(shè)計和優(yōu)化[4]。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計與制造周期，降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識。 模具CAD/CAE/CAM在近20年中經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從試點到普及的過程。進入本世紀以來，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快，應(yīng)用范圍更廣。 在級進模CAD/CAE/CAM發(fā)展應(yīng)用方面，本世紀初，美國UGS公司與我國華中科技大學合作在UG-II（現(xiàn)為NX）軟件平臺上開發(fā)出基于三維幾何模型的級進模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開、毛坯排樣、廢料設(shè)計、條料排樣、壓力計算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊。具有特征識別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入市場。與此同時，新加波、馬來西亞、印度及我國臺灣、香港有關(guān)機構(gòu)和公司也在開發(fā)和試用新一代級進模CAD/CAM系統(tǒng)。 我國從上世紀90年代開始，華中科技大學、上海交通大學、西安交通大學和北京機電研究院等相繼開展了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開發(fā)。如華中科技大學模具技術(shù)國家重點實驗室在AutoCAD軟件平臺上開發(fā)出基于特征的級進模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、標準件及典型結(jié)構(gòu)建庫工具和線切割自動編程5個模塊。上海交通大學為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開發(fā)成功精密沖裁級進模CAC/CAM系統(tǒng)。西安交通大學開發(fā)出多工位彎曲級進模CAD系統(tǒng)等。近年來，國內(nèi)一些軟件公司也競相加入了級進模CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開發(fā)的級進模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)Fox-CAD等[4]。 展望國內(nèi)外模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，本世紀的科學技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過與計算機技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特征建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快，學科領(lǐng)域交叉之廣前所未見。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當今最好的設(shè)計理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點將反映在專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化四個方面。主要表現(xiàn)在[4]： （1）模具CAD/CAM的專業(yè)化程度不斷提高； （2）基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪； （3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目； （4）與先進制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。 1.5 課題的主要特點及意義 該課題主要針對電器開關(guān)網(wǎng)芯零件，在對網(wǎng)芯零件沖孔、落料和拉伸等成形工藝分析的基礎(chǔ)上，提出了該零件采用落料拉伸復(fù)合模和單工序沖孔的沖壓方案；根據(jù)零件的形狀、尺寸精度要求，設(shè)計過程中綜合考慮采用有廢料排樣，保證工件的尺寸和形狀位置精度要求的同時，提高了材料的利用率和勞動生產(chǎn)率。 本課題涉及的知識面廣，綜合性較強，在鞏固大學所學知識的同時，對于提高設(shè)計者的創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力，開闊設(shè)計思路等方面為作者提供了一個良好的平臺。 落料、拉伸復(fù)合模 2 沖壓工藝方案的制定 圖2-1 零件圖 材料：H62普通黃銅 料厚：1.2mm 該零件為某電器開關(guān)網(wǎng)芯，是一家電器生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中的一個主要零件，如圖2-1所示,該零件生產(chǎn)屬于中、大批量生產(chǎn)，零件結(jié)構(gòu)緊湊，沖裁壁厚很?。虾駷?.2mm），適宜用復(fù)合沖裁，復(fù)合沖裁是在壓機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序。復(fù)合沖裁與采用連續(xù)沖裁相比，模具制造，安裝調(diào)整較易，成本較低。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)，特別是孔與制件的同心度容易保證。 2.1 工藝分析 圖2-2 零件圖 制件如圖2-2所示 材料為H62，板厚1.2mm，制件精度為IT10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） 該制件為落料拉深件，在設(shè)計時，毛坯尺寸要計算準確 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。 工藝方案的分析和確定 1）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、拉深兩種。 拉深件的毛坯尺寸及拉深次數(shù)，應(yīng)通過計算確定 a: 毛坯直徑D的計算 因為拉深相對高度h/d=16/31.2>0.5 h<20. 由表4-3可得 修邊余量：δ=1.2mm 毛坯直徑D按下式計算: D=[d 12+4d2(h+δ)+6.28rd1+8r2]1/2 =[900+2146.56+847.8+11.52]1/2 =63mm 確定是否用壓邊圈：毛坯相對厚度T/D×102=1.9 查表的出可用可不用壓邊圈 b: 拉深次數(shù)n的計算 采用查表法，當T/D=1.9%，H/D=16-4.5/31.2=0.37 由表4-8查得n=1。采用一次拉伸 C: 確定拉伸直徑 由表4-5查得拉伸極限系數(shù)為M1=0.72, 拉伸直徑：d=0.72×63=45.36mm d底部的圓角半徑 R=4.5mm E;拉伸高度 拉伸比k=D/d H=0.25(DK-d)+0.43r/d(d+0.32r) 將數(shù)據(jù)代入的H=12.53mm （2）工藝方案的確定 因制件有落料、拉深兩道工序，先落料，后拉深，故采用落料、拉深復(fù)合模。 2.2 排樣圖設(shè)計 圖2-3 排樣圖 沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經(jīng)濟利用率，還會影響到模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)率、制件質(zhì)量、生產(chǎn)操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中一項很重要的工作。 沖壓件大批量生產(chǎn)成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。 毛坯排樣圖如圖2-3所示： 3 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，凡屬模具，無論其結(jié)構(gòu)形式如何，一般都是由固定和活動兩部分組成。固定部分是用壓鐵、螺栓等緊固件固定在壓力機的工作臺面上，稱下模；活動部分一般固定在壓力機的滑塊上，稱上模。上模隨著滑塊作上下往復(fù)運動，從而進行沖壓工作。 一套模具根據(jù)其復(fù)雜程度不同，一般由數(shù)個、數(shù)十個甚至更多的零件組成。但無論其復(fù)雜程度如何，或是那一種結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)模具零件的作用又可以分成五個類型的零件。 1.工作零件 是完成沖壓工作的零件，如凹模、凸模、凹凸模等。見圖3-1中的件4、9、16. 凸模 凹模 2.定位零件 這些零件的作用是保證送料時有良好的導(dǎo)向和控制送料的進距，如擋料銷、定距側(cè)刀、導(dǎo)正銷、定位板、導(dǎo)料板、側(cè)壓板等。見圖3-1中的件6. 3.卸料、推件零件 這些零件的作用是保證在沖壓工序完畢后將制件和廢料排除，以保證下一次沖壓工序順利進行。如推件器、卸料板、廢料切刀等，見圖3-1中的推件器11、卸料板8、頂桿3、推桿13. 推件器 卸料板 4.導(dǎo)向零件 這些零件的作用是保證上模與下模相對運動有精確的導(dǎo)向，使凸模、凹模間有均勻的間隙，提高沖壓件的質(zhì)量。如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)板等，件圖3-1中的導(dǎo)柱20、導(dǎo)套18. 5.安裝、固定零件 這些零件的作用是使上述四部分零件聯(lián)結(jié)稱“整體”，保證各零件間的相對位置，并使模具能安裝在壓力機上。如上模板、下模板、模柄、固定板、墊板、螺釘、圓柱銷等，見圖3-1中的件23、1、14、2、5、7、17. 3.1定位裝置 定位部分零件的作用是是毛坯（條料或塊料）送料時有準確的位置，保證沖出合格制件，不至沖缺而造成浪費。本模具中采用固定擋料銷。固定擋料銷結(jié)構(gòu)簡單，常見的為圓頭形式。 圖3-1 模具結(jié)構(gòu)示意圖 1-下模板 2-內(nèi)六角螺釘 3-頂桿 4-凹模 5-內(nèi)六角螺釘 6-擋料銷 7-圓柱銷 8-卸料板 9-拉伸凹模 10-內(nèi)六角螺釘 11-推件器 12-內(nèi)六角螺釘 13-推桿 14-模柄 15-擋料銷 16-凸模 17-圓柱銷 18-導(dǎo)套 19-圓柱銷 20-導(dǎo)柱 21-圓柱銷 22-內(nèi)六角螺釘 23-上模板 3.2 出料裝置 （一） 推件裝置 推件有彈性和剛性兩種形式，但本零件厚度為1..2mm，若用彈性卸料，當沖裁較厚時推件的力量不足，故用剛性推件裝置。推件是靠壓力機的橫梁作用，推桿的長度根據(jù)壓力機相應(yīng)尺寸來確定，一般在推件位置時（即滑塊在上死點時），推桿要超出滑塊孔的高度5-10MM，推件的行程即為橫梁的行程。 （二）卸料裝置 卸料裝置也有剛性卸料和彈性卸料兩種形式。對于卸料力要求大、卸料板與凹模間又要求有較大的空間位置時，可采用剛性卸料，此形式卸料力大，但無壓料作用，毛坯材料厚度大于0.8mm以上時采用。 4 模具零件的設(shè)計與計算 4.1凸、凹模的設(shè)計 計算落料凸凹模刃口尺寸 查手冊，由制件外形尺寸可得，制造公差為△=0.12mm; 精度IT10級，x=1。 凸模δp=0.020mm,凹模δd=0.030mm 凹模： Dd=(D-x△)+δd =(63-1*0.12)+0.030 =62.88+0.030 凸模: Dp=(Dd-Zmin)- δp =(D-x△-Zmin) - δp =(63-1*0.12-0.246)-0.020 =62.63-0.020 計算拉深凸凹模工作部分的尺寸 查手冊: 凸模δp=0.080mm,凹模δd=0.12mm 制件要求外形尺寸 凹模: Dd=(D-0.75△) +δd =(45-0.75*0.12)+0.12 =44.91+0.12mm 凸模: 查手冊,拉深模單邊間隙Z=(1.3~1.5)t=2.5mm Dp=(D-0.75△-2Z) - δp = (45-0.75*0.12-2*2.5)-0.080 =44.91-0.080mm 落料力的計算 查手冊，H62 τ=420MPa F沖=L tτ=（29+56）*1.2*3*420=128520KN 卸料力的計算 查手冊K1=0.04~~0.05，取K1=0.04。 F卸=K1F沖=0.04*128520=5140.8KN 拉深力的計算 查手冊 20鋼 σb=420MPa, K1=0.04 F拉=L tσb k1 =0.04*3.14*45.36*1.2*420 =2871KN 壓力機總壓力 F總=F落+F卸+F拉 =128520+5140.8+2871 =136532KN 凹模周界尺寸計算 因制件外形簡單,制件尺寸也不大,而且只有一個工位,故應(yīng)采用整體式圓形凹模比較合理. a 凹模具厚度尺寸 H= =13.9mm 由于沖裁輪廓線全長L=251.2>50mm,故應(yīng)乘以修正系數(shù)K 查手冊,K=1.37 H凹模=1.37*13.9=19mm b 凹模外形尺寸計算 凹模具壁厚 W=1.2H =1.2*19 =22.8MM 則凹模外形尺寸D為制件最大尺寸和凹模雙邊壁厚之和 即: D=L+2W =45+2*22.8 =90.6mm 根據(jù)冷沖壓典型組合尺寸有關(guān)標準 凹模外徑D取146mm 5 沖壓設(shè)備的選用 選擇壓力機 根據(jù)上述沖壓力的計算，初步選用型號為J23-16開式雙柱可傾壓力機。該型號壓力機主要技術(shù)規(guī)格如下[8]： 公稱壓力 160KN; 滑塊行程 55mm; 最大閉合高度 220mm; 最大裝模高度 180mm; 連桿調(diào)節(jié)量 45mm; 選擇模架 上模座：240*294*40 （GB2855.6-81） 下模座：254*240*45 （GB2855.6-81） 導(dǎo) 柱：28*160 （GB2861.2 -81） 28*160 （GB2861.2 -81） 導(dǎo) 套：42*85*28 （GB/T2861.6 -81） 42*85*28 （GB/T2861.6 -81） 模 柄：A60x100 由4.3節(jié)計算知：模具閉合高度 故，所選壓力機裝模高度與模具閉合高度滿足下式 還可以看出取在：，這樣可以避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積過小而被壓壞。 圖中零件說明見表5-l. 圖5-1 技術(shù)要求： 1.外形銳邊倒鈍角； 2.在適當位置安裝吊棒； 3.導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合為H7/H6； 4.卸料板與落料凹模的單邊間隙為0.4mm； 5.擋料銷與凹模的配合為H9/d9. 6 確定壓力中心 由于該制件的毛坯及各工序件都為長方形軸對稱圖形，而且只有一個工位， 因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合 沖孔模 零件簡圖：如圖所示；生產(chǎn)批量：大批量；材料：H62； 材料厚度：1.2mm。 7 沖壓件的工藝分析 該零件形狀簡單、對稱，是由圓筒組成的。由表查出，沖裁件內(nèi)外所能達到的精度為IT11，將以上精度與工件簡圖中所標注的尺寸公差相比較,可認為該工件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證.其他尺寸標注,生產(chǎn)批量等情況,也均符合沖裁的工藝要求,故決定采用沖孔模進行加工,且一次沖壓成形. 8 沖孔工序的計算 沖孔力 F= Ltb= (109.13Χ1.2Χ420) N=55KN 卸料力 F=KF K由表2-2查的K=0.02，將以上數(shù)據(jù)代入得1.1KN 8.1確定模具壓力中心 由于此零件是圓型，所以它的壓力中心就在它的幾何中心位置。 9計算凸、凹模刃口尺寸 查表得間隙值Zmax=0.1mm Zmin=0.07mm Zmax-Zmin=(0.1-0.07)mm=0.03mm 由表查得凸、凹模制造公差： 落料部分： d=0.030mm p=0.020mm d+p=(0.030+0.020)mm =0.050mm d+pZmax-Zmin 沖孔部分： d1=0.030mm p1=0.020mm d1+p1=(0.030+0.020)mm =0.050mm d1+p1Zmax-Zmin 由表查得 x=0.75 所以落料部分 Dd=(D-x)=(45-0.75Χ2.20)mm=44.35mm Dp=(Dd-Zmin)=(44.35-0.07)mm=44.28mm 沖孔部分： dp1=(d1+x)=(30+0.75Χ1.6)mm=31.2mm dd1=(dp1+Zmin)=(35.2+0.10)=35.3mm 10模具總體設(shè)計及主要零部件設(shè)計 沖孔模的結(jié)構(gòu)形式 帶導(dǎo)柱沖孔模（圖10-1） 這種沖孔模，一般用于較小的鍛件的冷沖孔，凸模與凹模間隙小于1.5MM 圖10-1 沖孔凸凹模間的間隙 沖孔時，刃口設(shè)置在凸模上、凹模只起支承鍛件的作用、凸模按鍛件圖制造，依靠放大凹?？椎某叽绔@得間隙，其間隙=h1tanmm,且保證0.5mm<<3mm.當<0.5mm時應(yīng)設(shè)置導(dǎo)柱導(dǎo)套。 卸料裝置 采用彈性卸料 選用聚氨酯 25*8.5*20 其優(yōu)點如下： （1）具有較高的強度、單位壓力和剪切力。 （2）硬度低的60A聚氨酯橡膠具有比天然橡膠更好的流動性 （3）耐磨、耐油、耐老化以及抗撕裂性能好。 （4）可以進行表面無損成型。 （5）聚氨酯橡膠模結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。 （6）切削性能好 沖壓設(shè)備的選擇 選用 開式壓力機 公稱壓力：63KN 滑塊行程：35mm 最大閉合高度 150mm; 封閉高度調(diào)節(jié)量 35mm; 選擇模架 上模座：240*294*40 （GB2855.6-81） 下模座：254*240*45 （GB2855.6-81） 導(dǎo) 柱：28*150 （GB2861.6-81） 28*150 （GB2861.6-81） 導(dǎo) 套：42*90*28 （GB/T2861.6-81） 42*90*28 （GB/T2861.6-81） 模 柄：A60x100 墊板厚度?。?mm 凸模固定板厚度取:20mm 凹模的厚度已定為：34mm 卸料板厚度取：12mm 圖中零件說明見表10-l. 圖10-1 技術(shù)要求： 1.外形銳邊倒鈍； 2.在適當位置安裝吊棒； 3.導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合為；H7/m6； 4.卸料板與沖頭的單邊間隙為0.4mm; 5.凸模與凹模固定板的配合為H7/m6。 11 模具生產(chǎn)中的故障分析及其解決辦法 在模具的生產(chǎn)中，有時會出現(xiàn)一些故障，給生產(chǎn)造成影響，下面介紹該模具在生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的故障及其解決辦法。 11.1 產(chǎn)品毛刺增大 當模具生產(chǎn)一段時間后，會出現(xiàn)生產(chǎn)零件毛刺增大的現(xiàn)象，這時應(yīng)當檢查凸、凹模刃口，如果發(fā)現(xiàn)刃口磨損或產(chǎn)生崩刃，應(yīng)進行刃磨，刃磨后給凸模或凹模墊上相應(yīng)厚度的墊片。當凹模經(jīng)過多次刃磨后，應(yīng)當檢查刃口直壁是否已被磨去，如果無刃口直壁，則要更換凹模鑲塊。 如果凸、凹模刃口無磨損，而零件上的毛刺不均勻，是因為沖裁間隙產(chǎn)生了偏移，這時要進行間隙調(diào)整。 11.2 廢料上浮 在沖壓生產(chǎn)中，廢料上浮是個影響較大的問題，它不但影響生產(chǎn)，甚至會損壞模具。一般來說，圓形或方形等規(guī)則形狀的廢料容易產(chǎn)生上浮，而形狀較復(fù)雜的異形廢料則較少產(chǎn)生上浮[13]。在該模具生產(chǎn)中對于此種現(xiàn)象產(chǎn)生原因及解決辦法可參考如下： （1）沖裁間隙大，如果試模階段就經(jīng)常出現(xiàn)廢料上浮，則說明沖裁間隙太大，應(yīng)當重新制作凹模并減小沖裁間隙。如果只是偶爾產(chǎn)生廢料上浮，可以在凹模腔內(nèi)用電火花放電來增加粗糙度。 （2）凸模表面太光滑，廢料在大氣壓的作用下附著在凸模上，可以在凸模上增加氣孔。 （3）沖壓速度較高，應(yīng)考慮降低速度，如因生產(chǎn)需要無法降速，可以凸模上增加頂桿，頂下廢料。另外，還有一些人為因素，如刃磨后沒有充分退磁、沖壓生產(chǎn)時使用過多的沖壓油等，這些都應(yīng)盡量避免。 12 總結(jié) 設(shè)計是源頭，設(shè)計雖然只占模具成本的10%左右，卻決定了整個模具成本的70%～80%。所以，作者在設(shè)計時詳盡地考慮了模具結(jié)構(gòu)，考慮提高生產(chǎn)率，如何方便維修。但是，又不能完全依賴于設(shè)計，在實際生產(chǎn)中要具體問題具體分析，根據(jù)實際狀況進行模具調(diào)整也是必需的。在生產(chǎn)中模具的維修、保養(yǎng)也是很重要的。在模具維修時，應(yīng)該多注意細節(jié)，找出根本原因，針對其維修。在拆裝模具時，要認真仔細，以防損傷模具。定期的維護、保養(yǎng)也可以大大提高模具壽命。 從整個設(shè)計過程來看，該電器開關(guān)網(wǎng)芯零件采用復(fù)合模，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，加工簡單，操作方便，工作效高，零件成形質(zhì)量好，大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿足了生產(chǎn)需求，而且該設(shè)計思路可擴展推廣到其它類似零件的產(chǎn)品模具設(shè)計中。當然，由于作者知識水平有限，對實踐的缺乏，當中不乏有不足之處，還有待在以后的工作實踐當中不斷地完善和創(chuàng)新！ 致謝 本次設(shè)計是在指導(dǎo)老師譚險峰博士的悉心指導(dǎo)下完成的。老師的學術(shù)思想，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，認真的工作作風使學生受益非淺。值此成文之際，特向老師致以忠心的感謝和誠摯的敬意。 作者在設(shè)計過程當中，得到同窗好友艾偉、葉曉輝、劉斌、陳建青的支持以及在AutoCAD2004軟件應(yīng)用、參考資料提供等方面的具體性指導(dǎo)和幫助，在此作者向他們表示深深的謝意。非常感謝他們同我一起學習和生活，在美麗的昌航留下我們真摯的友誼。 特別感謝我的父母，是他們對我的支持和無私的奉獻，使得我能夠順利完成學業(yè)。 最后，謹以此文獻給所有關(guān)心和幫助過我的人們！ 作者：帥愷淳 二零零七年六月于昌航 參考文獻 [1] 李碩本等編著.沖壓工藝理論與新技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.11 [2] 中國模具工業(yè)協(xié)會.模具行業(yè)“十一五”規(guī)劃[J].模具工業(yè)，2005（7）：3-8 [3] 李大鑫，張秀錦.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述[J].模具制造，2005 （2）：1-4 [4] 李德群，肖祥芷.模具CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況及趨勢[J].模具工業(yè)，2005（7）：9-12 [5] 姜奎華主編.沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.5 [6] 薛啓翔等編著.沖壓模具設(shè)計制造難點與竅門[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.7 [7] 模具實用技術(shù)叢書編委會編.沖模設(shè)計應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.6 [8] 鄭家賢遍著.沖壓工藝與模具設(shè)計實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [9] 《沖模設(shè)計手冊》編寫組編著.沖模設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.6 [10] 王孝培主編.沖壓手冊（修訂本）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990 [11] Yazheng Liu, Jinghong Sun, et al. 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