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摘 要
該套模具制造簡單,但需要多套模具,效率低、流程路線太長,過程分離,更難保證零件的精度和技術要求,并且過程自動化程度不高,生產(chǎn)成本也非常高,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代機械加工的需求。所以為了解決這種問題,針對沖壓工藝和矩形盒拉深過程,首先介紹了盒形件冷沖壓成形過程，通過對盒形件的批量生產(chǎn)、零件質(zhì)量、零件結構以及使用要求的分析、研究，按照不降低使用性能為前提，等設計出三種不同的沖壓工藝方案并且分析和比較的形成過程包括單一過程,復雜的過程和持續(xù)的過程也就是我們常說的單工序、復合工序和連續(xù)工序,最終確定用一套復合模完成落料、拉深、沖底面矩形孔，翻邊的工序過程。精加工沖壓方法,力的計算,模具尺寸和公差,和設計模具。一份詳細的零件清單和所需的模具,并給出一個合理的裝配圖。給未來的設計提供了一個參考，借鑒執(zhí)筆的成效。
關鍵詞：盒形件；拉伸；復合模；模具設計
Abstract
The mold manufacturing is simple, but need more sets of molds, low efficiency, process route is too long, the separation process, more difficult to guarantee precision parts and technology, and process automation degree is not high, the production cost is also very high, has been unable to meet the demand of modern machining. So in order to solve this problem, the stamping process and the deep drawing process of rectangular box, introduced the process of cold stamping parts box.So in order to solve this problem, in view of the stamping process and the rectangular box deep drawing process, cold stamping process, the box parts are introduced through the quality of mass production of box parts, parts, parts structure as well as the use requirement analysis the box shaped parts of the mass production, quality components, parts structure and analysis, requirements of the study, in accordance with the use of performance is not reduced, will determine its stamping parts, three stamping process analysis and comparison of different process involves the formation of a single process, complex process and continuous process is what we often say that the single processes, complex processes and continuous processes, determined by a set of compound die blanking, drawing, punching bottom moment face process. Fine punching method, calculation of the force, mold dimensions and tolerances, and die design. A detailed list of parts and tooling required, and gives a reasonable assembly. By making full use of modern mould manufacturing technology to the traditional mechanical parts for structural improvement, optimization design, optimization of process method can greatly improve the production efficiency, this method has a certain reference value to the similar products.Provide a reference for the future design, drawing pen effect. Hope this design can be a template for future design data, also contribute to the mechanical industry in our country, makes our country mechanical industry more and more developed, the development of getting better and better.
Keywords: Rectangular box; tensile; compound die; die design
目 錄
引言 1
1 分析零件的工藝性 2
1.1 模具前瞻介紹 2
1.2 盒形件零件分析 2
2 確定工藝方案 4
2.1 工藝計算并分析 4
2.2 計算毛坯尺寸 4
2.3 確定工藝方案 7
3 主要工藝參數(shù)的計算 8
3.1 確定排樣和沖裁板料的方案 8
3.2 計算工藝力及初選設備 10
3.2.1 計算工藝中的各個力 10
3.2.2 初步選擇壓力機 13
3.2.3 計算凸、凹模刃口尺寸及公差 14
4 模具的結構設計 17
4.1 模具工作部分的尺寸計算 18
4.1.1 落料凹模的計算 18
4.1.2 拉伸沖孔凸凹模 19
4.1.3 落料拉伸凸凹模 20
4.1.4 上墊板 21
4.1.5 壓邊圈 22
4.1.6 卸料導料板 23
4.1.7 凸模固定板 24
5 模具結構形式的選擇 26
5.1 定位方式的選擇 26
5.1.1 卸料裝置與出件方式的選擇 26
5.1.2 模架的選用 28
5.1.3 模具的閉合高度 28
6 選定沖壓設備 29
7 模具的裝配與調(diào)試 30
7.1 復合模的裝配 30
7.2 凸、凹模間隙的調(diào)整 32
7.3 沖裁模具的調(diào)試 32
8 結論 33
謝 辭 34
參考文獻 35
引言
作為一個經(jīng)過多次調(diào)查的結果，分析得出：這近幾十年來，我們國家的各個領域的不同企業(yè)都存在著不同程度上的進步和改變發(fā)展水平，都在向國際模具市場靠攏，在我們國家模具行業(yè)領導的正確引導下，咱們模具行業(yè)無論是市場占有還有成為主要的產(chǎn)業(yè)都在倍到而進的發(fā)展進行時。我查閱資料后發(fā)現(xiàn)，有一份前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的報告，上面是這樣分析并預測我國模具行業(yè)今后發(fā)展的:“我國現(xiàn)在的模具有75％的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50％的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型”[[] 前瞻商業(yè)咨詢有限公司.模具制造行業(yè)分析報告[M].深圳：前瞻商業(yè)咨詢有限公司，2014；350.
]。
現(xiàn)在，冷沖壓在模具制造工藝中目前已經(jīng)成為一種先進和常常使用的金屬加工方法。所以說，加工并且設計冷沖壓模具是現(xiàn)在模具制造業(yè)中很重要的一部分內(nèi)容。由于引入了CAE，沖壓成形已從原來的對應力應變進行有限元等分析而逐步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設計[3]。在沖壓設計中有一個環(huán)節(jié)叫做毛坯，在設計的毛坯展開中運用了計算機輔助設計，可以使得排樣、拉深這兩項工序的毛坯進行優(yōu)化設計。除此之外，對沖壓成形性能和成形極限的研究理論，沖壓件成形難度的判定以及成形預報等技術的發(fā)展，通過沖壓理論來指導科學階段分析階段的實驗，使沖壓到開發(fā)計算機輔助工程和智能化的方法。具有自主知識產(chǎn)權的設計，是完全適合中國國情，具有高水平的模具，設計師和制造商必須不斷地學習模具設計與制造的最新知識，敢于創(chuàng)新。我國現(xiàn)在有很多的模具標準件，包括模具和引導，推動桿，如標準件，這為實現(xiàn)中國的模具行業(yè)可能的發(fā)展。
與此同時，模具CAD/CAM/CAE的這項技術在模具技術發(fā)展中是屬于比較重要的地位。目前，普遍獲得CAD/CAM/CAE技術已經(jīng)基本成熟。CAD/CAE/CAM(計算機輔助設計、輔助工程和輔助制造)技術轉(zhuǎn)變[[] 陳輝.李名堯.吳春華.模具CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展及軟件應用[J].機械設計與制造，2011，06：.
]。美國率先將計算機技術應用于模具工業(yè),實現(xiàn)模具CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng),達到提高模具設計效果與加工質(zhì)量、有效提高生產(chǎn)周期的目的[2]。這樣子的話，我國現(xiàn)在的這項技術還不是很成熟，但已經(jīng)走上軌道，并且未來的前景非常好，對模具這個產(chǎn)業(yè)來說是一次突破性的提升。作為當代大學生的我們，也需要掌握更多的知識來補充自己，不斷學習。在我們的課程里面有一門學科就是關于CAD/CAM的。
本次設計的題目是盒形件沖壓工藝分析及復合模設計，設計的任務主要是模具工藝分析以及復合模具設計的部分。在模具制造中的材料的選擇，以滿足負荷使用廉價的材料，盡可能的更先進的模具材料。這不僅可以生產(chǎn)出合格的模具設計，也可以充分利用現(xiàn)代科學技術要為發(fā)展工業(yè)提供技術支持。在對選題的分析和設計過程是通過我大學這四年來所學知識的全部運用以及通過上學期末生產(chǎn)實習實踐所得的經(jīng)驗相結合得出了本次論文的內(nèi)容。
1 分析零件的工藝性
1.1 模具前瞻介紹
首先我想要說一說我們國目前模具的發(fā)展狀況，出現(xiàn)了那些問題或者是目前我們國家比較注重模具的哪些方面。我先從模具的質(zhì)量問題談談我的想法：我認為模具的質(zhì)量主要是集中出現(xiàn)在精度和壽命這兩個方面中，另外也包括結構和外觀這個方面下。還有一個方面就是維修和后期的保養(yǎng)。在模具行業(yè)的領導者們都很清楚，評判這一套是否是好模具和創(chuàng)新型的模具，著重于這套模具在維修這方面是不是很方便，后期的一個保養(yǎng)是不是很劃算。那么現(xiàn)在我們國家按照這樣的一個狀況來說，主要是沖壓件生產(chǎn)的批量不是很多，從而形成了我國沖壓模具在咱們國內(nèi)模具市場中在使用壽命這一方面，對待這個壽命問題，提出的解決方案和處理方法都不是很有成效，創(chuàng)新度不夠。再加上精度達不到技術要求、所設計的結構又存在不合理、外觀不好看這些問題往往會使質(zhì)量這個因素成為主要問題。其次我想說一說按現(xiàn)在的情況來看，我國的模具行業(yè)比國外的要落后，要不先進。雖然存在著起步就差很遠的情況在。但是我國也必須努力向前看，多多培養(yǎng)這方面的人才，多向國外學習，在現(xiàn)代化的大道上稱為模具行業(yè)的引導著，實現(xiàn)目前國內(nèi)外先進的自動化。使得我國模具和國際接軌。這就需要開發(fā)、整理、推進CAD/CAM/CAE這項技術。讓這項技術帶著我國模具行業(yè)更上一層樓。同時也要兼顧模具檢測設備朝著精密、高效和多功能的方向持續(xù)發(fā)展11。最后我想說一說。在我搜索相關知識時，我知道了。先進的模具只有配備先進的壓力機和優(yōu)質(zhì)的材料，才能充分發(fā)揮作用，做出一流產(chǎn)品，取得高的經(jīng)濟效益。相信我國的模具行業(yè)發(fā)展會越來越壯大，我國模具行業(yè)一定會很好的度過這個尷尬階段，前面發(fā)展的道路會一直光明。
1.2 盒形件零件分析
沖壓件工藝性是指沖壓零件在沖壓加工過程中加工的難易程度[] 杜東福.冷沖壓工藝及模具設計[M].長沙：湖南科學技術出版社，1990.
。雖然沖壓加工工藝過程包括備料—沖壓加工工序—必要的輔助工序—質(zhì)量檢驗—組合、包裝的全過程，但分析工藝性的重點要在沖壓加工工序這一方面中。然而我們都知道在沖壓加工中需要加工的工序非常繁多，每一道工序中的工藝性又不是太相同。有一種情況是加工同一個零件，在生產(chǎn)中所處的不同的生產(chǎn)條件、工藝裝備等情況而產(chǎn)生的不同，最終導致了其工藝性的意義是非常不一樣的。這方面是我這次分析得重點：零件的結構工藝性。
該零件類似于餐盒結構，如圖1-2所呈現(xiàn)的，該零件是帶凸緣的盒形件，材料的厚度：料厚t=1.5mm，拉深工藝完成之后厚度不變，零件底部圓角半徑r=5mm；尺寸公差都為自由公差，滿足拉深工藝中對精度等級的各項要求。
圖1-2工件圖
首先拉伸時采用拉深模具將沖裁好的條料毛坯壓制成各種開口的空心件，或者已經(jīng)開口的空心件加工成別的形狀的一種加工方法。一種處理采用拉絲模在粗沖好條第一段壓成各種開口空心件加工方法，或有一個開放到另一個形狀的中空件。本次課題的盒形件沖壓工藝采用的是前者的加工方法。需要計算毛坯的材料的尺寸可以在接下來的設計中去擴展。拉深所用的模具叫做拉深模，拉伸也被稱為拉伸、引伸、拉延等[[] 宛強編著.沖壓模具設計及實例精講[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.3：221.
]。這項拉深工藝可以加工很多零件，比如：筒件、階梯形、球形、錐形、拋物線形等旋轉(zhuǎn)體零件，當然也可以制出方盒形等非旋轉(zhuǎn)體零件[3]。課題盒形件就是屬于非旋轉(zhuǎn)體零件，可以清楚地知道拉深工藝的應用范圍比較廣泛，在冷沖壓過程中是它的基本工序其中的一步。
其次零件的工藝性對精度的要求在一般情況下是這樣規(guī)定的，采用拉深件的尺寸精度應在IT13級以下，不宜高于IT11級；對于精度要求高的拉深件，應在拉深后增加整形工序，以提高其精度，由于各種材料存在的向異性產(chǎn)生的影響，拉深件的口部或凸緣外緣一般是不整齊的，所以出現(xiàn)“凸耳”現(xiàn)象，為了獲得所需要的凸緣外形，需要增加切邊工序[4]。
最后我想說的是影響拉深件工藝性的因素主要有拉深件的結構與尺寸、精度和材料。拉深工藝性對結構與尺寸的要求是[[] 陽勇主編.沖壓工藝與模具設計[M].北京：北京理工大學出版社，2010.8：211.
]：拉深件在本次課題要求中加工方法盡量簡單、對稱；對于半敞開及非對稱的這種空心件，應該盡量采用“成對拉深-剖切”；拉深件的圓角不宜過小，以便拉深成形；拉深件各部分的尺寸必須保證比例的合適；拉深件的尺寸精度不宜過高3；在材料方面，拉深件不需要較高的屈服強度和硬度。
另外盒形件沖壓工藝，該盒形件的工件零件的結構較簡單、形狀對稱，類似屬于圓筒形拉深件[[] 楊安.拉深坯料的體積法計算與數(shù)值模擬[D].南昌大學.2007.
]。盒型零件的尺寸公差為IT14，選擇使用普通的沖裁方法是可以達到零件圖樣上所要求的工藝。工件材料為10F，碳素結構鋼，材料狀態(tài)已退火，抗剪強度220~340mp抗拉強度 275~410mpa屈服強度 190mpa伸長率
2 確定工藝方案
2.1 工藝計算并分析
h=32 b=97 r=9 =5
(1) 時，確定是矮矩形件，只需一次拉伸即可。
(2)
則說明屬于 r較小 這一類型的矩形拉伸件。由于r較小，這種零件拉伸時僅有微量材料從角部轉(zhuǎn)移到直邊，即圓角與直角間的相互影響很小，可以將其側(cè)壁分為長度是
與的兩對直邊部分及四個半徑為r的圓角部分。
2.2 計算毛坯尺寸
首先盒形拉深件的變形是不均勻的，圓角部分變形大，直邊部分變形小[6]。所以在拉深過程中，該零件的直邊以及圓角部分一定存在著某種相互的影響，至于影響的程度那么就要取決于零件的形狀，那么不同的形狀影響也有所不同了。盒形件的拉深工序中的拉深件，該工件的毛坯形狀和尺寸隨著H/B(H為盒形件的高度)和的不同而發(fā)生變化，這兩個因素決定了圓角部分材料向直邊部分轉(zhuǎn)移的程度和直邊部分高度的增加量[6]。
其次由于板料在扎壓或退火時所產(chǎn)生的聚合組織而使材料引起殘存的方向性，反映到拉深過程中，就使桶形拉深件的口部形成明顯的凸耳[5]。此外，如果板料本身的金屬結構組織不均勻、模具間隙不均勻、潤滑的不均勻等等，也都會引起沖件口高低不齊的現(xiàn)象，因此就必需在拉深厚的零件口部和外緣進行修邊處理。所以要在計算毛坯尺寸數(shù)值的時候有必要的加上修邊余量。
最后我查了課本，上面介紹了傳統(tǒng)的該類沖模加工方法采用實體模型作為依據(jù)[] 張宏武.典型汽車覆蓋件模具數(shù)控加工工藝研究[D].西安石油大學.2011.
。實體模型是直觀的，可靠的數(shù)據(jù)被采集，降低加工設備的要求等等這些優(yōu)勝點。所以我國目前很多模具廠家都是這樣做實現(xiàn)實體模型的處理方法。由于工件拉深為為帶凸緣的矩形盒的拉伸，毛坯理論計算存在一定的困難，本次課題的設計中，我們采用UG的鈑金工具中的一步可成成形性分析命令，來完成拉深部分的展開，完成毛坯展開圖。如圖2-1所所呈現(xiàn)的，為UG完成的工件模型。
圖2-1工作UG模型圖
圖2-2所示是像是網(wǎng)格一樣的圖，這代表著工件UG的網(wǎng)格劃分圖，網(wǎng)絡劃分圖是目前在模具工藝中排樣過程最常用的分析方法。下圖所所呈現(xiàn)的：
圖2-2工件UG網(wǎng)格劃分圖
利用UG的毛坯展開命令得，毛坯的大體尺寸展開分析初步是這樣的。如圖2-3所示。
圖2-3毛坯初步計算尺寸
圖2-4最終確定毛坯尺寸
由于現(xiàn)在在計算中得出的結論是計算的板料為不規(guī)則形狀，拉深時很容易受力不均，所以，我們選用矩形板料，通過光順邊緣，并取修邊余量，確定倒圓角的大小。最終確定毛坯尺寸為圖2-4。為了防止四角起皺，將毛坯的四角設計成半徑30的倒角，