鋼制保溫杯蓋落料拉伸復(fù)合模具設(shè)計(jì)-沖壓模

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請放心下載，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 = 喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的文件全都有，請放心下載，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 = 第 22 頁 共 23 頁設(shè)計(jì)用紙?jiān)跊_壓過程模擬 - 產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)最新應(yīng)用摘 要 工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)仿真都是目前正在實(shí)行產(chǎn)業(yè)。然而，一個變量數(shù)目會對輸入的準(zhǔn)確性和計(jì)算機(jī)預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進(jìn)行一項(xiàng)有關(guān)沖壓模擬能力評估預(yù)測的特點(diǎn)和其工藝條件部分的復(fù)雜形面形成了復(fù)合、工業(yè)零件的研究。在工業(yè)應(yīng)用中，下面是沖壓過程的進(jìn)行模擬測試達(dá)到的兩個目標(biāo)：（1）通過分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、成形性及預(yù)測來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；（2）在模具設(shè)計(jì)的前期階段減少試模時間和在沖壓加工過程中降低生產(chǎn)成本。為了達(dá)到這兩個目標(biāo)，有兩種方法可以選擇：一種是Pam-Stamp應(yīng)用法，一種是Intl工程系統(tǒng)有限元增量的動態(tài)程序法。很明顯第二個目標(biāo)方法比較好，因?yàn)樗梢蕴幚淼膶?shí)際沖壓中的大多數(shù)參數(shù)。FAST_FORM3D，一個單步有限元程序的成型技術(shù)，匹配第一個目標(biāo)，因?yàn)樗恍枇慵缀涡螤顝?fù)雜的過程，而不是信息。在以往的研究表明，這些兩個沖壓守則也適用于制造汽車和工程機(jī)械所使用的復(fù)雜形狀部件。對在沖壓成形性預(yù)測問題的能力進(jìn)行了評價。本文回顧了這一研究結(jié)果，并總結(jié)了有限元模擬程序所取得結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。 在另一項(xiàng)研究中，對控制壓邊力（BHF）在半球狀圓頂平底杯拉深中的影響進(jìn)行了研究。高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜高質(zhì)量鋼（AKDQ），以及如高強(qiáng)度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認(rèn)不同的壓邊力可以改善圓頂杯的應(yīng)變分布。關(guān)鍵詞：沖壓；過程刺激；工藝設(shè)計(jì)1.簡介對于形狀復(fù)雜的板材（如汽車覆蓋件金屬沖壓件的設(shè)計(jì)過程，包括決策的許多階段）的設(shè)計(jì)過程是一個非常昂貴和耗時的過程。在目前的工業(yè)上，許多工程決策是基于工作人員的經(jīng)驗(yàn)和他們的知識，這些決策通常是經(jīng)過軟工裝模具成型階段和硬模選拔賽驗(yàn)證階段后才做出的。很多時候軟、硬工具必須重新編制，甚至重新設(shè)計(jì)和提供的零件到達(dá)可接受的質(zhì)量水平。 現(xiàn)在將最好的設(shè)計(jì)過程列在圖1中。在這個設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員會使用一個稱為一步有限元法的專門設(shè)計(jì)的軟件來估計(jì)其設(shè)計(jì)成形性。這將使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者在確定設(shè)計(jì)路線之前，以及昂貴的模具已經(jīng)制造出來之前做必要的修改。一步法有限元法特別適合用于產(chǎn)品分析，因?yàn)樗恍枰辰Y(jié)劑、附錄、甚至絕大多數(shù)工藝條件。通常方法不可用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段。一步法有限元法也很容易掌握，計(jì)算速度快，這使得設(shè)計(jì)人員能夠發(fā)揮“如果”沒有太多的時間投資。 圖- 1 金屬薄板沖壓件的參考設(shè)計(jì)過程。 一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計(jì)和經(jīng)過驗(yàn)證，開發(fā)項(xiàng)目將進(jìn)入“零時間”階段，并傳遞到模具設(shè)計(jì)階段。模具設(shè)計(jì)人員會確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計(jì)并進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更，甚至優(yōu)化工藝參數(shù)，確保不只是最低的可接受的零件質(zhì)量，而是最高達(dá)到的質(zhì)量。這增加了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且增加過程的成品率。增量有限元法特別適合于模具設(shè)計(jì)分析，因?yàn)樗_實(shí)需要粘合劑，附錄，以及已知的模具設(shè)計(jì)或渴望被人知道的過程。驗(yàn)證制造模具的設(shè)計(jì)后就會直接進(jìn)入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗(yàn)證階段，在此期間，將與物理原型零件對比著進(jìn)行，試用時間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗(yàn)證。重新設(shè)計(jì)和成型，由于不可預(yù)見的問題，再制造模具應(yīng)該是過去的事情。試用時間減少和消除重新設(shè)計(jì)/再制造所用的時間應(yīng)該超過彌補(bǔ)進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證、試模、加工過程所用的時間。對于薄板沖壓件生產(chǎn)商而言，沖壓工藝的優(yōu)化也是非常重要的。通過適度增加壓力機(jī)設(shè)備的投資、并使用模具成型、一個人可以控制多個沖壓過程。據(jù)記載，壓邊力是板料成形過程中最敏感的工藝參數(shù)之一，因此可用于精確控制變形過程。通過控制壓邊力在功能和壓應(yīng)力的位置等有效措施,提高粘結(jié)劑的外圍的應(yīng)變分布的小組提供了新增的強(qiáng)度和剛度,降低了面板和殘余應(yīng)力的回彈程度,提高產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性。通過控制作為壓應(yīng)力和周圍的粘結(jié)劑邊緣位置的函數(shù)壓邊力，可以提高面板強(qiáng)度和剛度，減少面板回彈和殘余應(yīng)力應(yīng)變分布，提高產(chǎn)品質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。一種廉價的工業(yè)質(zhì)量體系，目前正在制定在緊急救濟(jì)協(xié)調(diào)員/ NSM采用了液壓和氮的結(jié)合，如圖2所示。使用壓邊力控制也可以允許工程師設(shè)計(jì)更具有侵略性的板窗利用所提供的增加壓邊力控制成形性。 圖2. 壓邊力控制系統(tǒng)和模具正在開發(fā)的ERC / NSM實(shí)驗(yàn)室1.對設(shè)計(jì)過程的三個獨(dú)立階段研究進(jìn)行了研究將會在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，其中一個步驟是有限元程序FAST_FORM3D（成型技術(shù)）的驗(yàn)證，作為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)的一部分，用來預(yù)測毛坯最佳形狀的研究。第4節(jié)總結(jié)了模具的設(shè)計(jì)階段，其中一個實(shí)際的工業(yè)平板是用來驗(yàn)證的增量有限元程序的PAM Stamp系統(tǒng)（國際工程系統(tǒng)）的研究。第5節(jié)覆蓋了在實(shí)驗(yàn)室研究壓邊力控制應(yīng)變分布在深沖、半球形、圓頂平底杯的影響。2 產(chǎn)品仿真 - 應(yīng)用這項(xiàng)調(diào)查的目的是為了驗(yàn)證FAST_FORM3D系統(tǒng)，確定FAST_FORM3D對毛坯形狀預(yù)測的能力，并確定一步有限元法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中是怎么實(shí)施的。成型技術(shù)提供了他們的一步法有限元代碼和培訓(xùn)中心的FAST_FORM3D / NSM為目的的基準(zhǔn)和研究。FAST_FORM3D并不等同于變形歷史。相反，它將項(xiàng)目上一個平面或可展曲面零件幾何形狀和重新定位的最后節(jié)點(diǎn)和元素，直至達(dá)到最低能量狀態(tài)。這個過程是計(jì)算速度比就像是PAM Stemp的增量模擬，也使得假設(shè)增多。FAST_FORM3D能評價和估計(jì)最優(yōu)毛坯矩形件的結(jié)構(gòu)，也是一個強(qiáng)有力的工具，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師由于其速度和使用的安逸性，但是在這時期的幾何是不可用的。為了驗(yàn)證FAST_FORM3D，我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測預(yù)報(bào)方法的毛坯形狀。該零件的幾何形狀如圖3所示是一個長15英寸、寬5英寸、深12英寸有一個1英寸直角法蘭盤英寸。表1列出了工藝條件下使用，圖4顯示了使用Romanovski零件毛坯形狀的實(shí)證法和滑移線場的方法來預(yù)測毛坯形狀的原理。 圖. 3 矩形幾何用于FAST_FORM3D驗(yàn)證表1 為FAST_FORM3D矩形驗(yàn)證過程中使用參數(shù)圖4。使用手工計(jì)算毛坯長方形盤的外形設(shè)計(jì)。 （一）Romanovski的經(jīng)驗(yàn)方法；（二）滑移線場分析方法。圖5（a）給出了預(yù)測從Romanovski法，滑移線場方法，幾何形狀和FAST_FORM3D空白?？瞻仔螤钔庠诮锹淅锏貐^(qū)，但不同的側(cè)面區(qū)域很大。圖5（二）- （c）顯示抽簽中模式后的矩形繪制過程。平移由Pam-Stemp模擬預(yù)測空白的每個形狀。抽簽中地區(qū)在彎道很好匹配所有三個長方形盤模式。滑移線場方法，雖然沒有達(dá)到目標(biāo)區(qū)域在身邊1英寸法蘭，而Romanovski和FAST_FORM3D方法實(shí)現(xiàn)了1英寸法蘭在身邊地區(qū)相對較好。此外，只有FAST_FORM3D毛坯同意在角落里/側(cè)過渡區(qū)。此外，F(xiàn)AST_FORM3D毛坯比Romanovski具有較好的應(yīng)變分布和更低的峰值應(yīng)變比，由圖6中可以看到。圖5 各種毛坯形狀預(yù)測和帕姆印花仿真結(jié)果為長方形鍋。 （一）三預(yù)測空白形狀;（二）變形滑移線領(lǐng)域的毛坯;（三）畸形Romanovski毛坯;（四）畸形FAST_FORM3D毛坯圖6 比較應(yīng)變泛用長方形的PAM Stemp形狀分布的各種毛坯。 （一）變形Romanovski毛坯;（二）畸形FAST_FORM3D毛坯。若要繼續(xù)此驗(yàn)證研究，從小松制作工業(yè)部分被選中，并在圖7（a）所示。我們預(yù)計(jì)的一個最優(yōu)幾何FAST_FORM3D空白的實(shí)驗(yàn)裝置，正如所見，毛坯很相似，但有一些差異，最終的零件毛坯形狀,如圖7(b)。圖7 儀器FAST_FORM3D模擬結(jié)果包括最終驗(yàn)證。 （一）FAST_FORM3D成形性能的比較；（二）預(yù)測與實(shí)驗(yàn)的毛坯形狀比較。接下來,我們模擬了沖壓的毛坯和FAST_FORM3D使用Pam-Stamp實(shí)驗(yàn)毛坯。我們通過比較兩者的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)預(yù)測的零件幾何形狀 (圖8)，發(fā)現(xiàn)FAST_FORM3D是更精確的。一個不錯的特征是,FAST_FORM3D能顯示“失敗”的部分情節(jié)的輪廓曲線，對失敗限制示于圖7(A)?？傊? FAST_FORM3D在預(yù)測的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯。這表明，F(xiàn)AST_FORM3D可以成功地用于評估產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性的問題。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯誤實(shí)驗(yàn)多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。圖 8。比較FAST_FORM3D和實(shí)驗(yàn)儀器的零件形狀。 （一）實(shí)驗(yàn)開發(fā)毛坯形狀和CAD幾何;（二）優(yōu)化毛坯形狀和FAST_FORM3D的CAD幾何。3 模具和工藝模擬- 應(yīng)用為了在研究模具設(shè)計(jì)過程中緊密合作，一個由日本小松制作所和ERC/ NSM組成的小組。與形成問題的一個生產(chǎn)小組選擇了小松。該面板是挖掘機(jī)的駕駛室左側(cè)內(nèi)板，如圖9所示。是的幾何簡化為一個實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室死亡，同時保持該小組的主要特征。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中小松使用表2所示的條件。一個成形極限圖（FLD）研制了用于繪圖品質(zhì)采用穹頂鋼和視覺測試應(yīng)變測量系統(tǒng)，并在圖10所示。在實(shí)驗(yàn)中使用三壓邊力分別是（10，30，50噸）以確定其效果。每個模擬實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。圖9 挖掘機(jī)的駕駛室，左側(cè)內(nèi)板表2機(jī)艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查圖10 在機(jī)艙內(nèi)調(diào)查所使用的繪圖優(yōu)質(zhì)鋼成形極限圖。在10噸的條件下發(fā)生起皺的實(shí)驗(yàn)部分，如圖11所示。在30噸條件下發(fā)生皺紋被淘汰，如圖12所示。對這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了PAM Stemp模擬預(yù)測，如圖13所示。 30噸壓力的測量小組以確定材料畫中的模式。這些測量結(jié)果進(jìn)行了比較與預(yù)測材料繪制在圖14研究。效果是非常良好，只有10毫米，最大的錯誤。一個輕微的頸部，觀察小組的30噸，如圖13所示。在50噸時，面板上會出現(xiàn)明顯的骨折起皺。圖11 皺褶實(shí)驗(yàn)室機(jī)艙內(nèi)板，壓邊力= 10噸圖12 壓邊力=30噸機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室和頸縮變形階段。 （一）實(shí)驗(yàn)毛坯;（二）實(shí)驗(yàn)小組，形成了60;（三）實(shí)驗(yàn)小組，完全形成;（四）實(shí)驗(yàn)小組，縮頸細(xì)節(jié)。圖13 預(yù)測和在實(shí)驗(yàn)室客艙內(nèi)消除皺紋。 （a）預(yù)期的幾何形狀，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測的幾何形狀，壓邊力= 30噸圖14 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)艙預(yù)測與實(shí)測比較所得出的結(jié)果，壓邊力= 30噸。應(yīng)變測量系統(tǒng)測量了每個小組的結(jié)果，其結(jié)果如圖15所示。從每個小組有限元模擬的預(yù)測在圖16所示。這些預(yù)測和測量吻合有關(guān)的應(yīng)變分布，不同的壓邊力對結(jié)果的影響不大。雖然趨勢是代表，壓邊力的影響往往在模擬的壓力更多的本地化的方式相比，測量。然而，這些預(yù)測表明， PAM Stemp正確預(yù)測了頸縮和斷裂在30和50噸時發(fā)生。關(guān)于摩擦應(yīng)變分布的影響進(jìn)行了研究,如圖17模擬圖所示。圖 15 機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)應(yīng)變測量。 （一）測量應(yīng)變，壓邊力= 10噸（面板皺）（二）測量應(yīng)變，壓邊力= 30噸（面板頸）;（三）測量應(yīng)變，壓邊力=50噸（面板裂縫）。圖。16。機(jī)艙內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)變有限元預(yù)測。 （a）預(yù)期的壓力，壓邊力= 10噸;（二）預(yù)測的壓力，壓邊力= 30噸;（三）預(yù)測的壓力，壓邊力= 50噸。圖17 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測效應(yīng)摩擦機(jī)艙內(nèi)，壓邊力= 30噸。 （a）預(yù)期的壓力，=0.06；（二）預(yù)測應(yīng)變，=0.10。它們的比較結(jié)果摘要列于表3中，此表顯示，模擬預(yù)測了在實(shí)驗(yàn)條件下每一株測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果。這表明，PAM-Stemp可以用來評估成形模具設(shè)計(jì)相關(guān)的問題。表3客艙內(nèi)的研究結(jié)果摘要4. 壓邊力控制- 應(yīng)用這次調(diào)查的目的是確定各種高性能材料在半球狀，圓頂平底，深拉杯深沖性能（見圖18），并探討不同時間的變壓邊力上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，以確定這些材料進(jìn)行分析和模擬輸入到流動應(yīng)力和各向異性特征（見圖 19和表5）。在被調(diào)查的材料包括AKDQ鋼、高強(qiáng)度鋼、烘烤硬鋼、鋁6111（見表4）。圖18 巨形杯模具的幾何形狀表4用于材料研究的圓頂杯圖19 鋁6111，AKDQ，強(qiáng)度高，烤硬鋼的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。 （一）拉伸試樣裂隙；（二）應(yīng)力/應(yīng)變曲線。表5 鋁6111、AKDQ、烤硬鋼的高強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)值得注意的是流動應(yīng)力和AKDQ烤硬鋼曲線非常類似，但是在5的時候伸長率減少類似烤硬。雖然高強(qiáng)度鋼和鋁6111的伸長率很相似，但是其N值比鋁6111的值大兩倍。此外， AKDQ的R值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，而烤硬接近1，鋁6111遠(yuǎn)小于1。在這次調(diào)查中的壓邊力用型材時間變量中包含常數(shù)，線性減少，脈動（見圖20）。為AKDQ鋼的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了模擬使用的PAM -Stemp增量代碼。斷裂、皺紋的例子，和良好的實(shí)驗(yàn)室杯圖21所示以及對模擬圖像皺杯。圖20.用于研究剖面圓頂杯的壓邊力時間。 （一）固定壓邊力;（二）斜壓邊力;（三）脈動壓邊力。圖 21。模擬實(shí)驗(yàn)和圓頂杯。 （一）實(shí)驗(yàn)好杯；（b）實(shí)驗(yàn)裂隙杯；（三）實(shí)驗(yàn)皺杯；（四）模擬皺杯對深沖性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究限制使用固定壓邊力。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示在表6 此表顯示，AKDQ的沖壓性能最大，而鋁的最小而烤硬、高強(qiáng)度鋼的性能中等。對AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動壓邊力進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn)圖22，模擬圖23。這兩個模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斜坡的壓邊力軌跡對于提高應(yīng)變分布情況是最好的。不僅減少了骨折的可能性降低峰值高達(dá)5，而且還降低應(yīng)變地區(qū)的增加。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性。表6。恒定壓邊力限制的頂燈杯的沖壓性能圖22。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的實(shí)驗(yàn)圖23。時間變量對AKDQ鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實(shí)驗(yàn)脈動壓邊力在調(diào)查的頻率范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)有對應(yīng)變分布的影響。這可能是由于這一事實(shí)的脈動頻率進(jìn)行了測試只有1赫茲。從其他研究人員以前的實(shí)驗(yàn)可知，適當(dāng)?shù)念l率范圍是從5到25赫茲。AKDQ從模擬和實(shí)驗(yàn)載荷行程曲線比較圖24所示。良好的協(xié)議被發(fā)現(xiàn)的情況下=0.08。這表明，有限元模擬可以用來評估成形性，可以通過使用壓邊力控制技術(shù)獲得改善。圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實(shí)驗(yàn)與模擬負(fù)載沖程曲線5 結(jié)論和未來工作在本文中，我們評價一個復(fù)雜的沖壓件的改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中，涉及消除了軟模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗(yàn)證使用單步和增量有限元模擬。此外，改進(jìn)工藝，提出了壓邊力控制實(shí)施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成三個獨(dú)立的調(diào)查分析，總結(jié)其在設(shè)計(jì)過程的各個階段。首先，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查與實(shí)驗(yàn)室和一個步驟有限元程序FAST_FORM3D和評估的能力，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形性問題所涉及的工業(yè)驗(yàn)證。 FAST_FORM3D在預(yù)測中矩形工業(yè)儀表盤和蓋形狀最佳空白成功。在儀器的覆蓋情況下，審判和錯誤實(shí)驗(yàn)多小時可能被淘汰使用FAST_FORM3D和更好的毛坯形狀可能已經(jīng)開發(fā)出來。 其次，模具設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了調(diào)查實(shí)驗(yàn)室和增量代碼的PAM Stemp系統(tǒng)的工業(yè)驗(yàn)證和評估的能力，形成與模具設(shè)計(jì)有關(guān)的問題。這項(xiàng)調(diào)查表明，PAM的郵票可以預(yù)測應(yīng)變分布，起皺，頸縮和斷裂，至少一個遠(yuǎn)景以及應(yīng)變各種條件下的實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)。 最后，工藝設(shè)計(jì)階段的調(diào)查，對質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)改善的實(shí)驗(yàn)研究。在此調(diào)查，半球狀，圓頂平底高峰株，杯子的拉伸值都被減少了5，從而減少了皺折的可能性，并降低了應(yīng)變區(qū)強(qiáng)度。這種應(yīng)變分布的改善，提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度，減少回彈和殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的穩(wěn)定性?？梢灶A(yù)計(jì)，深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng)。此外，在實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負(fù)載行程曲線，表明有限元模擬可以用來評估成形性，可控制壓邊力技術(shù)，使用得到改善。 1模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點(diǎn)，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定中，把模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄和鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實(shí)行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機(jī)、汽車、農(nóng)機(jī)和無線電行業(yè)，這個比例也超過60。例如飛機(jī)制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過三萬套，其中主機(jī)八千套、發(fā)動機(jī)二千套、輔機(jī)二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50以上的金屬板材、80以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。 2模具的歷史發(fā)展模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。19世紀(jì)，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列許多模具先進(jìn)技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù)，大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進(jìn)行列。50年代，模具行業(yè)工作重點(diǎn)是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計(jì)多憑經(jīng)驗(yàn)，參考已有圖紙和感性認(rèn)識，對所設(shè)計(jì)模具零件的機(jī)能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時代對模具主要零部件的機(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實(shí)際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計(jì)原則，并使得壓力機(jī)械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M(jìn)，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。進(jìn)入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達(dá)別多個工位的級進(jìn)模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機(jī)彎曲機(jī)。在此期間，日本站到了世界最前列其模具加工精度進(jìn)入了微米級，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機(jī)通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟(jì)型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。從70年代中期至今可以說是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗(yàn)和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機(jī)床，如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計(jì)算機(jī)自動編程、控制的CNC機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計(jì)算機(jī)以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，包括設(shè)計(jì)、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測，到2000年，作為設(shè)計(jì)和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計(jì)的最根本點(diǎn)是必須確立模具零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要擺脫過去以人的思考判斷和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為中心所組成的設(shè)計(jì)方法，就必須把過去的經(jīng)驗(yàn)和思考方法，進(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則儲存到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)槟＞邩?gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計(jì)軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動設(shè)計(jì)提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進(jìn)模設(shè)計(jì)與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標(biāo)準(zhǔn)、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時間由手工的20%、工時減少到35小時；從80年代初日本就將三維的CADCAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實(shí)體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程，產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平；計(jì)算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CADCAMCAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。3我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達(dá)200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，1997年進(jìn)口模具價值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸。3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計(jì)算，目前我國沖壓模占50左右，塑料成形模約占20，拉絲模（工具）約占10，而世界上發(fā)達(dá)工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40以上。我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進(jìn)模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達(dá)到1億次以上，精度達(dá)到35um，有50個以上的級進(jìn)工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進(jìn)水平。我國的塑料成形模具設(shè)計(jì)，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達(dá)70以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計(jì)和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達(dá)到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達(dá)工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。 在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計(jì)與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計(jì)中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用CAE進(jìn)行模具方案設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進(jìn)適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備）或因計(jì)算機(jī)制式（IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運(yùn)算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項(xiàng)工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗(yàn)的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)的模具加工設(shè)備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進(jìn)功能也未能得到充分發(fā)揮。缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計(jì)、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)匱乏，動手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)水平難以提高。3.3 模具工業(yè)配套材料，標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點(diǎn)，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗(yàn)摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨(dú)立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。 模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負(fù)債累累，影響發(fā)展。 雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強(qiáng)，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。 我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟(jì)效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩?biāo)準(zhǔn)件的，干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正常現(xiàn)象存在。4模具的發(fā)展趨勢4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展（1）模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢驗(yàn)、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級渲染、塑料模設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。（2）模具設(shè)計(jì)、分析及制造的三維化傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔，實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動產(chǎn)生材料明細(xì)表和供NC加工的鉆孔表格，并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗(yàn)等。（3）模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計(jì)、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可能。美國在其21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略中指出，到2006年要實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展（1）模具檢測設(shè)備的日益精密、高效 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設(shè)備的要求越來越高?，F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)23m，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標(biāo)測量機(jī)，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm3250mm三坐標(biāo)測量機(jī)，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實(shí)現(xiàn)了從測量實(shí)物建立數(shù)學(xué)模型輸出工程圖紙模具制造全過程，成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實(shí)現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補(bǔ)，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達(dá)0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。（2）數(shù)控電火花加工機(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。（3） 高速銑削機(jī)床(HSM)銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機(jī)床定位精度可達(dá)8m，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達(dá)2500mm5000mm1800mm，轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min，切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。4.3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點(diǎn)，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù)。 (1)快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ；熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。 (2)表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細(xì)花紋的一種工藝技術(shù)。 (3)澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。 (4)冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。 (5)無模多點(diǎn)成形技術(shù)。 (6)KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。(7)模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造、樹脂砂實(shí)型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。 (8)其他方面技術(shù)。如采用氮?dú)鈴椈蓧哼?、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實(shí)型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當(dāng)，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴(kuò)散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)同在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有：適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點(diǎn)的柔性制造技術(shù)；創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊(duì)精神，精益生產(chǎn)；提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理；廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等。分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目鋼制保溫杯蓋落料拉伸復(fù)合模具設(shè)計(jì)及零件加工工藝所在學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班 級09機(jī)自1班姓 名丁亮學(xué) 號091280103指導(dǎo)老師武曉云 年 月 日誠 信 承 諾我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鋼制保溫杯蓋落料拉伸復(fù)合模具設(shè)計(jì)及零件加工工藝均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是“保溫杯蓋”，保溫杯蓋是保溫杯的重要組成部分，本文按照零件工藝設(shè)計(jì)的基本流程，經(jīng)過對比論證，選擇了實(shí)用正確的工藝路線。首先，對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其次從零件工藝分析到工藝流程的確定以及切削用量的確定，每步都給出了詳細(xì)的說明。還設(shè)計(jì)了模具主要的零件及結(jié)構(gòu)選擇，包括模具材料選擇，模架的選擇，凸模、凹模及凸模固定板的確定，其他零部件的確定以及拉伸模的安裝，對工作原理以及使用方法也給出了詳細(xì)的解釋。最后，通過專業(yè)軟件，繪制出零件的二維和三維圖，并給出裝配過程。整個設(shè)計(jì)完成了對鋼制保溫杯蓋落料拉伸復(fù)合的模具設(shè)計(jì)，以及零件加工工藝。關(guān)鍵詞：保溫杯，拉伸，模具，零件加工VAbstractThe graduation project is the insulation Lid, insulation Lid is an important part of the insulated cup, according to the part of the basic process design process, through a comparison argument, choose a practical and correct process route. First, the structure of the parts analysis, followed by the analysis to the process of determining cutting parameters determined from the part process, a detailed description of each step are given. Also design the mold parts and structural choices, including the choice of mold material selection, formwork,Determined as well as the installation of tensile modulus of punch, die and punch fixed plate to determine the other parts of the working principle and the use of methods is also given a detailed explanation. Finally, professional software, draw two-dimensional and three-dimensional diagram of the parts, and gives the assembly process. The entire design is complete mold design, as well as parts of steel insulation Lid blanking stretched composite processing technology.Key Words: mug, stretching, mold，Parts Processing目 錄摘 要(三號黑體，居中)IAbstractII目 錄III第1章 鋼制保溫杯蓋的工藝分析11.1 零件的初步選擇11.2 拉伸變形特點(diǎn)及分析21.2.1鋼制保溫杯蓋拉伸特點(diǎn)21.2.2拉伸過程中毛坯各部分的料厚變化21.2.3拉伸件的修邊余量31.3毛坯尺寸計(jì)算31.3.1毛坯尺寸計(jì)算理論依據(jù)31.3.2鋼制保溫杯蓋毛坯尺寸計(jì)算41.4 確定是否用壓邊圈61.5確定拉伸系數(shù)71.5.1拉伸系數(shù)的定義71.6 拉伸次數(shù)的確定及工序尺寸計(jì)算81.6.1 判斷能否一次拉出81.6.2計(jì)算拉伸次數(shù)81.6.3無凸緣鋼制保溫杯蓋工序尺寸確定91.7 本章小結(jié)11第2章 拉伸模具總體設(shè)計(jì)122.1拉伸模的結(jié)構(gòu)選擇122.2拉伸模具分類122.2.1無壓邊裝置的首次拉伸模122.2.2有壓邊裝置的首次拉伸模132.2.3以后各次拉伸模132.3壓邊裝置的選擇142.3.1壓邊裝置的類型142.4鋼制保溫杯蓋壓邊裝置的選擇162.5拉伸模工作部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定162.5.1凸、凹模結(jié)構(gòu)及形式172.5.2凸、凹模結(jié)構(gòu)及形式選擇172.5.3拉伸凸、凹模的圓角半徑及間隙182.5.4拉伸凸、凹模的尺寸及公差222.6壓邊力、壓邊圈尺寸及拉伸力計(jì)算242.6.1鋼制保溫杯蓋壓邊力計(jì)算。242.6.2 鋼制保溫杯蓋壓邊圈尺寸計(jì)算262.6.3拉伸力計(jì)算272.6.4卸料力計(jì)算282.7 排樣方式的確定及計(jì)算282.7.1材料利用率292.7.2排樣方式確定292.7.3排樣計(jì)算302.8壓力機(jī)的選擇302.8.1 壓力機(jī)選擇302.9 本章小結(jié)31第3章 模具主要的零件及結(jié)構(gòu)選擇323.1 模具材料選擇323.2 模架的選擇323.3 凸模、凹模及凸模固定板的確定333.3.1 凸模尺寸確定333.3.2 凹模尺寸確定333.3.3 凸模固定板333.4 凸、凹模強(qiáng)度校核333.5 其他零部件的確定343.5.1 固定擋料銷選擇343.5.2卸料部件設(shè)計(jì)343.5.3彈性裝置的設(shè)計(jì)343.6模具閉合高度的確定353.7 鋼制保溫杯蓋模具的安裝與調(diào)試353.7.1拉伸模的安裝要求353.7.2拉伸模的安裝363.7.3 深鋼制保溫杯蓋模具的調(diào)試373.7.4 進(jìn)料阻力的調(diào)整373.7.5 拉伸深度及間隙調(diào)整373.7.6 調(diào)整方法373.8本章小結(jié)38第4章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析38結(jié)論40參考文獻(xiàn)41致 謝42附錄A XXXX43附錄B公式、圖表44附錄C：書脊47附錄D 1/f頻譜圖48附錄E 一維1/f波動數(shù)據(jù)的生成49 第1章 鋼制保溫杯蓋的工藝分析第1章 鋼制保溫杯蓋的工藝分析1.1 零件的初步選擇本次設(shè)計(jì)拉伸零件屬于鋼制保溫杯蓋形零件，需要多次拉伸，材料的機(jī)械性能對拉伸系數(shù)的影響是很基本的，材料的性能好（即、大），且屈強(qiáng)比?。矗?，則m可小些，對于拉伸件，一般選用含碳量很低的05、08、10號拉伸鋼板或性好的鋁、銅等有色金屬，所以本零件材料選取為08鋼，厚度為2mm，作為拉伸材料。零件為鋼制保溫杯蓋，初步認(rèn)定選用簡單拉伸模對其進(jìn)行加工。拉伸零件圖如圖1-1所示：圖1-1零件圖此工件只有拉伸一個工序.工件形狀簡單,并且工件為無凸緣鋼制保溫杯蓋,要求內(nèi)形尺寸,拉伸時厚度不變,因此工件能滿足落料拉伸要求。工件的底部內(nèi)圓角半徑r=4mmt,滿足再次拉伸圓角半徑要求.尺寸80mm為IT9IT10級,也滿足拉伸工序?qū)ぜ墓畹燃壱蟆?.2 拉伸變形特點(diǎn)及分析拉伸是利用拉伸模將一定形狀的平板或毛坯制成各種形狀的開口空心零件的沖壓工序。拉伸又叫做拉延、壓延。用拉伸工藝可以制成桶形、矩形、錐形、階梯形、球面形和其他不規(guī)則形狀的薄壁零件。用拉伸工藝制造薄壁空心件，生產(chǎn)效率高，零件的精度、強(qiáng)度和剛度也高，并且材料消耗少。因此，電子、電器、儀表、汽車、飛機(jī)、兵器以及日用等工業(yè)生產(chǎn)中，拉伸工藝占有相當(dāng)重要的地位。拉伸工藝可以分為不變薄拉伸和變薄拉伸兩種。后者在拉伸后零件的壁部厚度與毛坯厚度相比，明顯地變薄，零件的特點(diǎn)是底部厚，壁部?。ㄈ鐝棜?、高壓鍋）。1.2.1鋼制保溫杯蓋拉伸特點(diǎn)拉伸時材料各部分厚度都發(fā)生變化,而且變化是不均勻的. 凸緣外邊緣材料厚度變化最大,拉伸件成形后,拉伸件的坯口材料最厚,往里逐漸減薄,而材料底部由于磨擦作用(拉伸凸模與底部材料間)阻止材料的伸長變形而使底部材料變薄較小,而底部圓角部分材料拉伸中始終受凸模圓角的頂力及彎曲作用,在整個拉伸中一直受到拉應(yīng)力作用,造成此處變薄最大。拉伸過程中,鋼制保溫杯蓋側(cè)壁起到傳遞凸模拉力給凸緣的作用,當(dāng)傳力區(qū)的徑向拉應(yīng)力超出材料極限,便出現(xiàn)拉破現(xiàn)象。鋼制保溫杯蓋是最典型的拉伸件，對其拉伸過程進(jìn)行分析可知凸緣變形區(qū)的“起皺”和鋼制保溫杯蓋壁傳力區(qū)的“拉裂”是拉伸工藝能否順利進(jìn)行的主要缺陷。為此，必須了解起皺和拉裂的原因，在拉伸工藝和拉伸模具設(shè)計(jì)等方面采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保證拉伸工藝的順利進(jìn)行，提高拉伸件質(zhì)量。1.2.2拉伸過程中毛坯各部分的料厚變化鋼制保溫杯蓋拉伸時壓邊圈先把中板毛坯壓緊，凸模下行，強(qiáng)迫位于壓邊圈下的材料（凸緣部分）產(chǎn)生塑性變形而流入凸凹模間隙形成鋼制保溫杯蓋側(cè)壁。原間格相等的同心圓成了長度相等，間距增大的圓周線，越接近鋼制保溫杯蓋口，間距增大。凸緣材料發(fā)生徑向伸長變形和切向壓縮變形。拉伸材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分，拉伸變形的過程實(shí)質(zhì)上是凸緣處的材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形，凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為鋼制保溫杯蓋壁的過程，這種變形程度在凸緣的最外緣為最大。拉伸中厚度變薄主要集中于底部圓角部分及鋼制保溫杯蓋側(cè)壁部分,我們把這一變薄最嚴(yán)重的部位稱作危險(xiǎn)斷面。1.2.3拉伸件的修邊余量拉伸時，由于工件尺寸的不對稱，材料性能的方向性，模具間隙的不均勻以及壓邊力及潤滑條件的不一致，都可能使拉伸的頂端或外緣不平齊、不規(guī)則，這就需要進(jìn)行修邊。因此，在計(jì)算毛坯尺寸時，應(yīng)將修邊余量h增加到制件相關(guān)部位上。修邊余量的數(shù)值與拉伸的幾何形狀、制件的相對高度、凸緣的相對直徑等因素有關(guān)。各類在制件的修邊余量h可查參考文獻(xiàn)4（表 5-2）確定表5-2 鋼制保溫杯蓋拉伸的修邊余量零件高度h/mm 修邊余量h/mm 零件高度h/mm 修邊余量h/mm1050 14 100200 31050100 26 200300 512故選擇h=5mm。1.3毛坯尺寸計(jì)算1.3.1毛坯尺寸計(jì)算理論依據(jù)拉伸件坯料形狀和尺寸是以沖件形狀和尺寸為基礎(chǔ)，按體積不變原則和相似原則確定。體積不變原則，即對于不變薄拉伸，假設(shè)變形前后料厚不變，拉伸前坯料表面積與拉伸后沖件表面積近似相等，得到坯料尺寸；相似原則，即利用拉伸前坯料的形狀與沖件斷面形狀相似，得到坯料形狀。當(dāng)沖件的斷面是圓形、正方形、長方形或橢圓形時，其坯料形狀應(yīng)與沖件斷面形狀相似，但坯料的周邊必須是光滑的曲線。對于形狀復(fù)雜的拉伸件，利用相似原則僅能初步確定坯料形狀，必須通過多次試壓，反復(fù)修改，才能最終確定出坯料形狀，因此拉伸件的模具設(shè)計(jì)一般是先設(shè)計(jì)拉伸模，坯料形狀尺寸確定后再設(shè)計(jì)沖裁模。由于金屬板料具有版平面方向性和模具幾何形狀等因素影響，會造成拉伸件口部不整齊，因此在多數(shù)情況下采取加大工序件高度或凸緣寬度的辦法，拉伸后再經(jīng)過切邊工序以保證零件質(zhì)量，當(dāng)零件的相對高度H/d很小，并且高度尺寸要求不高時，也可以不用切邊工序。1.3.2鋼制保溫杯蓋毛坯尺寸計(jì)算鋼制保溫杯蓋采用圓形毛坯，其直徑按面積相等的原則計(jì)算（不考慮板料的厚度變化），計(jì)算毛坯尺寸時，先將零件劃分為若干便于計(jì)算的簡單集合體，分別求出其面積后相加，最后求出零件總面積。各主要尺寸參數(shù)如下：外徑d:80mm高h(yuǎn): 100mm底部外圓角R：5mm底部內(nèi)圓角r：4mm則工件相對高度：h/d =100/801.25，經(jīng)計(jì)算工件的相對高度很大，并且高度尺寸要求高，故必須使用切邊工序。工件相對厚度：t/d=(2/80)100=2.5工件相對圓角半徑：r/d=4/80=0.05h=5mm計(jì)算前我們先將鋼制保溫杯蓋分解如圖2-2所示第1部分、第2部分、第3部分，每部分面積計(jì)算公式： （2-1） （2-2） （2-3）圖2-2鋼制保溫杯蓋毛坯計(jì)算毛坯尺寸計(jì)算如下：第1部分表面積根據(jù)公式（2-1）計(jì)算則：代入數(shù)值得 =3.1480（100-4） =24115.2(mm)第2部分表面積根據(jù)公式（2-2）計(jì)算則： 代入數(shù)值得 = =1520.3（mm）第3部分表面積根據(jù)公式（2-3）計(jì)算則：代入數(shù)值得 = =4069.4（mm）據(jù)等面積原則，毛坯的面積： （2-4）所以的毛坯直徑： = = = = = =194（mm）1.4 確定是否用壓邊圈通過對鋼制保溫杯蓋拉伸變形過程的分析得知，我們可以得出起皺和拉裂是拉伸過程中的主要缺陷。起皺從拉伸過程分析得知：凸緣部分是拉伸過程中的主要變形區(qū)。當(dāng)切向壓應(yīng)力較大而板料又較薄時，凸緣部分材料便會失穩(wěn)，在凸緣的整個周圍產(chǎn)生波浪形連續(xù)彎曲現(xiàn)象。而導(dǎo)致是否起皺有兩方面原因。1)切向壓應(yīng)力的大小，越大越容易失穩(wěn)起皺。2)凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。在拉伸過程中，抵抗失穩(wěn)能力是隨著拉伸的進(jìn)行而增加的，凸緣寬度變小，即凸緣變形區(qū)的相對厚度在增大。這說明拉伸過程中失穩(wěn)起皺的因素在增加，而抗失穩(wěn)起皺的能力也在增加，這兩方面的因素共同起作用。拉裂從拉伸過程分析得知：鋼制保溫杯蓋壁部分在拉伸過程中受單向拉應(yīng)力，發(fā)生少量的縱向伸長和厚度變薄。鋼制保溫杯蓋壁所受的拉應(yīng)力除了與徑向拉應(yīng)力有關(guān)外，還與由于壓料力引起的摩擦引起的摩擦阻力、坯料在凹模圓角表面滑動所產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形所形成的阻力有關(guān)。鋼制保溫杯蓋拉伸時產(chǎn)生破裂的原因，可能是由于凸緣起皺，坯料不能通過凸、凹模間隙，使徑向拉應(yīng)力升高；也可能是由于壓邊力過大，使拉應(yīng)力升高；或者是變形程度太大。綜合兩個缺陷我們可以得知：在拉伸過程中拉裂會成為拉伸時的主要破壞形式，而起皺可以通過使用壓邊圈來加以解決。采用或不采用壓邊圈的條件可查參考文獻(xiàn)4（表 5-1）確定。表5-1采用或不采用壓邊圈的條件拉伸方法 首次拉伸 第n次拉伸 m* m* 用壓邊圈 1.8 0.5 1 2.0 0.6 1.5 0.8注：m為第n次拉伸系數(shù)。由表5-1內(nèi)容可知（t/D）100=（2/194）100=0.0101.8故需要用壓邊圈。1.5確定拉伸系數(shù)1.5.1拉伸系數(shù)的定義拉伸系數(shù)是拉伸變形程度的一種度量參數(shù)，是用拉伸前后拉伸件直徑的縮小程度來表達(dá)的。鋼制保溫杯蓋的拉伸系數(shù)m為： (2-5)式中：D-平面毛坯直徑（mm）； d-拉伸后的鋼制保溫杯蓋直徑(mm)；鋼制保溫杯蓋第n次拉伸系數(shù)： (2-6)式中：、-第n次、第n-1次拉伸時拉伸的直徑(mm)。拉伸系數(shù)越小，變形量越大，拉伸越困難。由前述可知，拉伸過程中主要的質(zhì)量問題是起皺和拉裂，其中拉裂是首要問題。在每次拉伸中，既要充分利用材料的最大變形程度，又要防止應(yīng)力超過材料許可的抗拉強(qiáng)度極限。零件究竟需要幾次才能拉伸成型，一次還是多次，這以問題與極限拉伸系數(shù)有關(guān)。所謂極限拉伸系數(shù)，是指在一定條件下，坯料不失穩(wěn)起皺和破裂而拉伸出最深鋼制保溫杯蓋的拉伸系數(shù)。1.6 拉伸次數(shù)的確定及工序尺寸計(jì)算 1.6.1 判斷能否一次拉出判斷零件能否一次拉出，僅需比較實(shí)際所需的總拉伸系數(shù)和第一次允許的極限拉伸系數(shù)的大小即可。若拉伸該工件的實(shí)際變形程度比第一次容許的極限變形程度要小，則工件可以一次拉伸，即拉伸系數(shù)m時，則可一次拉伸。否則需要多次拉伸才能夠成形零件，即m,則需要多次拉伸。1.6.2計(jì)算拉伸次數(shù)由已知條件可以算出毛坯的相對厚度t/D =2/1940.51%，由參考文獻(xiàn)1（表 5-3）。表5-3 無凸緣鋼制保溫杯蓋帶壓邊圈時的極限拉伸系數(shù)拉伸系數(shù) 毛坯相對厚度t/D/% 0.080.15 0.150.3 0.30.6 0.61.0 1.01.5 1.52.0 0.600.63 0.580.60 0.550.58 0.530.55 0.500.53 0.480.50 0.800.82 0.790.80 0.780.79 0.760.80 0.750.76 0.730.75 0.820.84 0.810.82 0.800.81 0.790.80 0.780.79 0.760.78 0.850.86 0.830.85 0.820.83 0.810.82 0.800.81 0.780.80 0.870.88 0.860.87 0.850.86 0.840.85 0.820.83 0.800.82注：表中數(shù)據(jù)適用于08，10和15Mn等普通拉伸鋼及H62.從表5-3中查出各次拉伸系數(shù)：=0.54；=0.77；=0.80；=0.82；=0.85.則零件的總拉伸系數(shù).即,小于=0.59，故零件需經(jīng)多次拉伸才能達(dá)到所需尺寸。拉伸次數(shù)： =65mm50100 100200 200通氣孔直徑d 5 6.5 8 9.5注：當(dāng)凸模較大時，通氣孔按一定的圓周直徑均布47個成一組。圖3-9 正裝結(jié)構(gòu)拉伸凸模通氣孔根據(jù)凸模直徑大小，取通氣孔直徑為6.5mm。2.5.3拉伸凸、凹模的圓角半徑及間隙1、凸、凹模圓角半徑凸、凹模圓角半徑的大小對拉伸影響很大，尤其是凹模圓角半徑。若過小，則板料被拉入凹模時阻力就大，結(jié)果將引起總的拉伸增大，零件容易產(chǎn)生劃痕、變薄甚至拉裂，模具壽命也低；若過大，則壓邊圈的下板料受壓的面積減小，尤其在拉伸后期，會使毛坯外邊緣過早地脫離壓邊圈的作用呈自由狀態(tài)而起皺。在不產(chǎn)生起皺的前提下，的取值越大越好。凸模圓角半徑對拉伸工作的影響不像凹模圓角半徑那樣顯著。如果過小，則毛坯在角部受到過大的彎曲變形，結(jié)果降低了毛坯危險(xiǎn)斷面的強(qiáng)度，使毛坯在危險(xiǎn)斷面被拉裂或引起危險(xiǎn)斷面嚴(yán)重變薄，影響零件的質(zhì)量；如果過大，在拉伸初始階段，凸模下毛坯懸空的面積增大，與模具表面接觸的面積減小，也容易使這部分毛坯起皺。1）凸、凹模圓角半徑計(jì)算凹模首次拉伸： = =0 =0.815 =12(mm)式中 D毛坯或上道工序的拉伸直徑 (mm)； d本道工序的拉伸直徑 (mm)； t材料厚度 (mm)。首次拉伸的也可由參考文獻(xiàn)3表 5-17查得。表5-17 拉伸凹模的圓角半徑拉伸形式 毛坯相對厚度（t/D）1002.01.0 1.00.3 1050 50200 200500 0.25 0.015 0.01 0.02 0.01 0.03 0.015 0.03 0.015 0.35 0.02 0.01 0.03 0.02 0.04 0.02 0.04 0.0250.50 0.03 0.015 0.04 0.03 0.05 0.03 0.05 0.0350.80 0.04 0.025 0.06 0.035 0.06 0.04 0.06 0.041.00 0.045 0.03 0.07 0.04 0.08 0.05 0.08 0.061.20 0.055 0.04 0.08 0.05 0.09 0.06 0.10 0.07 1.50 0.065 0.05 0.09 0.06 0.10 0.07 0.12 0.082.00 0.080 0.055 0.11 0.07 0.12 0.08 0.14 0.092.50 0.095 0.06 0.13 0.085 0.15 0.10 0.17 0.123.00 - - 0.15 0.10 0.18 0.12 0.20 0.14注：1.表中數(shù)值用于未精壓的薄鋼板。由于工件要求內(nèi)形尺寸，故凸、凹模工作尺寸及公差分別按式（3-14）、式（3-14）計(jì)算。查參考文獻(xiàn)3表5-20，取=0.08，=0.12則最后一次拉伸時凸模尺寸： = =(mm)最后一次拉伸時凹模尺寸： = =(mm)以后各次拉伸時，對于中間半成品的尺寸不需要嚴(yán)格要求，模具尺寸等于半成品尺寸即可。2.6壓邊力、壓邊圈尺寸及拉伸力計(jì)算2.6.1鋼制保溫杯蓋壓邊力計(jì)算。壓邊裝置的壓邊力大小必須適當(dāng)。由于我們不知道該鋼制保溫杯蓋壓邊力大小所以我們需要將給定零件的直徑、與計(jì)算后得到的半成品的零件的直徑、進(jìn)行比較，取其中較大的作為該鋼制保溫杯蓋的壓邊力。鋼制保溫杯蓋首次拉伸時壓邊力： （3-17）鋼制保溫杯蓋以后各次拉伸時壓邊力： （3-18）式中 q單位壓邊力（MPa）,其值件表1-3-51。 D平板毛坯直徑（mm）；、第1、n次拉伸后工件直徑（mm）； 拉伸凹模圓角半徑（mm）。鋼制保溫杯蓋首次拉伸時壓邊力依據(jù)公式（3-17）代入數(shù)值計(jì)算： = = = = =38094(N)鋼制保溫杯蓋以后各次拉伸時壓邊力依據(jù)公式（3-18）代入數(shù)值計(jì)算：鋼制保溫杯蓋第二次拉伸時壓邊力： = = =2543(N)鋼制保溫杯蓋第三次拉伸時壓邊力： = = =2985(N)鋼制保溫杯蓋半成品首次拉伸時壓邊力依據(jù)公式（3-17）代入數(shù)值計(jì)算： = = = =0.785194112.5 =38094(N)鋼制保溫杯蓋以后各次拉伸時壓邊力依據(jù)公式（3-18）代入數(shù)值計(jì)算：鋼制保溫杯蓋第二次拉伸時壓邊力： = =0.78544002.5 =8635(N)鋼制保溫杯蓋第三次拉伸時壓邊力： = =0.78515212.5 =2985(N)經(jīng)比較我們選用半成品各次拉伸時所計(jì)算出的壓邊力。2.6.2 鋼制保溫杯蓋壓邊圈尺寸計(jì)算首次拉伸時，壓邊圈外徑計(jì)算公式：=（0.020.20）+ （3-19）式中壓邊圈內(nèi)徑（mm）； 拉伸凸模外徑（mm）。以后各次拉伸時，壓邊圈內(nèi)徑計(jì)算方式不變，外徑計(jì)算公式：=D-(0.030.08)mm （3-20）式中 以后各次拉伸壓邊圈外徑（mm）； D拉伸前半成品工件內(nèi)徑（mm）。首次拉伸時壓邊圈尺寸根據(jù)式（3-19）計(jì)算：=（0.020.20）+ =（0.020.20）+194.016=0.02+190.016=194.036(mm)以后各次拉伸時壓邊圈尺寸根據(jù)式（3-20）計(jì)算： 第二次拉伸 =D-(0.030.08)mm =111-0.03 =110.97（mm）第三次拉伸 =D-(0.030.08)mm =80-0.05 =79.95(mm)壓邊圈圓角半徑應(yīng)比上次拉伸凸模相應(yīng)的圓角半徑大0.51mm，以便于將工件套上壓邊圈。2.6.3拉伸力計(jì)算拉伸力可根據(jù)塑性力學(xué)的理論進(jìn)行計(jì)算。但影響拉伸力的因素非常復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果往往和實(shí)際情況相差較大。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中多采用經(jīng)驗(yàn)公式。鋼制保溫杯蓋采用壓邊拉伸時拉伸力計(jì)算公式：首次拉伸： （3-21）以后各次拉伸： （3-22）式中 t板料厚度（mm）； 第一次及以后各次拉伸的外徑（mm）； 板料的強(qiáng)度極限（Map）； 的值取決于拉伸系數(shù)，的修正系數(shù)，見參考文獻(xiàn)3表5-15。表5-15修正系數(shù)K值 0.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 1.00 0.93 0.86 0.79 0.72 0.66 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80