多孔定位片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)-落料沖孔、翻孔復(fù)合模含28張CAD圖2副-獨(dú)家.zip
多孔定位片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)-落料沖孔、翻孔復(fù)合模含28張CAD圖2副-獨(dú)家.zip,多孔,定位,零件,沖壓,工藝,模具設(shè)計(jì),沖孔,復(fù)合,28,CAD,獨(dú)家
10日世界大會(huì)在結(jié)構(gòu)和多學(xué)科優(yōu)化
2013年5月19日- 24日,奧蘭多,佛羅里達(dá)州,美國
沖壓回彈優(yōu)化和失敗的過程
(1)法國的INRIA Sophia Antipolis
(2) 穆罕默德五世大學(xué),摩洛哥拉巴特
(3)法國大學(xué)Sophia Antipolis, Mathematics Dept,
作者 : fatima.oujebbour@inria.fr
1． 文摘
在汽車行業(yè)的最大挑戰(zhàn)之一重點(diǎn)是板料成形過程中減肥操作, 為了生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬部分用最小的成本生產(chǎn)。沖壓是使用最廣泛的金屬板材成形過程,但其實(shí)現(xiàn)介紹幾個(gè)困難，如回彈和失敗。一個(gè)全球性的和簡單的方法來規(guī)避這些不必要的過程缺點(diǎn)在于用創(chuàng)新的方法優(yōu)化工藝參數(shù)。本文的目的是預(yù)防和預(yù)測這兩種現(xiàn)象。為了這個(gè)目的,模擬的沖壓工業(yè)工件調(diào)查評(píng)估回彈和失敗。優(yōu)化這兩個(gè)cri -teria,全局優(yōu)化方法選擇,即模擬退火算法、雜化的同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近,以獲得在時(shí)間和精度。事實(shí)上,一般的沖壓過程的優(yōu)化是多目標(biāo)和回彈失敗是最常用的標(biāo)準(zhǔn)之一,他們反對(duì)信息通信技術(shù)。解決這類問題,正常邊界交點(diǎn)和規(guī)范化正常約束法是兩個(gè)件的方法帕累托最優(yōu)解決方案的操作一組與前面點(diǎn)的均勻分布的特征。我們有許多基準(zhǔn)問題進(jìn)行,結(jié)果與NSGA-II相比Non-dominated排序遺傳算法。然后,比較了這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沖壓問題。結(jié)果表明,該方法是ecient和準(zhǔn)確的在大多數(shù)情況下。
2。關(guān)鍵詞:板料成形?；貜?。失敗。多目標(biāo)優(yōu)化。帕累托最優(yōu)
解決方案。
3所示。介紹
考慮到實(shí)際經(jīng)濟(jì)需求,沖壓的優(yōu)勢,與其他處理相比,涉及復(fù)雜的功能,精確和有用的工件在生產(chǎn)速度高。然而,其實(shí)現(xiàn)是dicult。這個(gè)操作是在制造廠進(jìn)行古典擅長-對(duì)試驗(yàn)和錯(cuò)誤的方法這是一個(gè)緩慢而昂貴的方法,以及數(shù)值模擬夜間的沖壓工藝單元法是另一種預(yù)測相關(guān)的許多問題金屬成形過程。在目前的工作,工業(yè)的目標(biāo)是預(yù)測和預(yù)防回彈和失敗。這兩個(gè)現(xiàn)象是在沖壓過程中最常見的缺陷。他們現(xiàn)在diculties優(yōu)化,因?yàn)樗麄兪莾蓚€(gè)缺點(diǎn)ict的目標(biāo)。形成測試摘要研究涉及工業(yè)工件的沖壓印有一個(gè)十字架。來解決這個(gè)優(yōu)化問題,選擇的方法是基于一個(gè)啟發(fā)式和雜交直接下降法。這種雜交兩學(xué)科,旨在利用隨機(jī)和確定性,為了提高魯棒性的eciency混合算法。為多目標(biāo)問題,我們采用方法基于帕累托的identication前面。有一個(gè)收斂之間的妥協(xié)對(duì)前面的方式解決方案表示不致敬,我們選擇兩個(gè)適當(dāng)?shù)姆椒ā＿@些方法有能力捕捉帕累托面前,利用生成一組均勻分布的帕累托最優(yōu)解決方案。的后者財(cái)產(chǎn)可以優(yōu)化的重要和實(shí)際使用,一般來說,幾個(gè)工業(yè)問題,確切地說,在板料成形問題。通過調(diào)整多目標(biāo)問題成簡略子問題和幾個(gè)點(diǎn),這兩個(gè)方法可以計(jì)算一個(gè)相當(dāng)均勻分配的帕累托最優(yōu)解決方案,可以幫助設(shè)計(jì)者和決策者輕松地選擇一個(gè)帕累托的解決方案在設(shè)計(jì)空間。重要的是要注意解決單目標(biāo)的必要性子問題的全局優(yōu)化方法,我們可以獲得一個(gè)全球帕累托前沿,而由此產(chǎn)生的最適條件基于使用梯度局部優(yōu)化算法只是當(dāng)?shù)氐呐晾弁凶顑?yōu)解決方案。評(píng)估的eciency多目標(biāo)方法,經(jīng)典數(shù)值benchmarkswere用于比較所獲得的結(jié)果與成熟的技術(shù)多目標(biāo)優(yōu)化二Non-dominated排序遺傳算法(NSGAII)。這篇論文結(jié)構(gòu)如下:第四部分介紹了測試用例用于計(jì)算兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。部分
5、發(fā)展的全局優(yōu)化方法的原理,基于的雜交methaheuristic算法是模擬退火(SA)[1]和下降法即同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近(SPSA)[2]和討論使用的優(yōu)點(diǎn)兩種多目標(biāo)優(yōu)化的方法,這是正常的邊界的交點(diǎn)(NBI)[3]規(guī)范化正常約束方法(NNCM)[4],生成一組均勻帕累托-最優(yōu)的解決方案。然后一個(gè)結(jié)論和觀點(diǎn)看法提供了第六節(jié)。
4所示。
有限元分析的一個(gè)工業(yè)工件板料成形需要廣泛的技術(shù)知識(shí)的理解,制造-荷蘭國際集團(tuán)(ing)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),交互的處理和材料特性。[5][6][7][8]。的沖壓過程通常用于制造鈑金產(chǎn)品。在這個(gè)過程中,最初彎曲或
在空白材料夾模和壓邊圈之間。當(dāng)沖頭推入死腔,空白是可塑性變形specic形狀的沖頭和模具轉(zhuǎn)移到它。最終產(chǎn)品的質(zhì)量取決于適當(dāng)?shù)墓ぞ咴O(shè)計(jì),選擇空白的材料,壓邊力、潤滑和其他一些在板料成形工藝參數(shù)。的夜間元素模擬板料成形是一種強(qiáng)大的工具,它允許廉價(jià)和快速測試沖壓工藝的試驗(yàn)參數(shù)。近年來,夜間元素分析(FEA)已經(jīng)成熟
足夠一個(gè)eective工具模擬沖壓工藝和預(yù)測回彈失敗。后者是復(fù)雜的物理現(xiàn)象,對(duì)眾多因素(非常敏感的過程參數(shù)、材料特性、接觸參數(shù)表和工具幾何、屈服函數(shù),很難傳感器,集成方案)。鐵配方中這些標(biāo)準(zhǔn)并不容易。各種各樣的假設(shè)材料的行為,簡單的彈塑性各向異性和加工硬化,可以原因胃鏡偏差的數(shù)值預(yù)測回彈和失敗的在真正的實(shí)踐。極其dicult制定這些現(xiàn)象包括所有的分析模型這些因素。同時(shí),diculty與分析方法是缺乏明確的形式的壓力分布在整個(gè)表,這限制了簡單的幾何和簡單的分析方法變形情況。
4.1。與LS-DYNA有限元模型
金屬成形過程的數(shù)值模擬是目前的技術(shù)創(chuàng)新之一旨在減少模具成本高和便于分析和解決相關(guān)的問題這個(gè)過程。在這項(xiàng)研究中,商業(yè)有限元分析代碼,LS-DYNA,是用來模擬沖壓一個(gè)工業(yè)工件。LS-DYNA是一個(gè)顯式和隱式有限元程序獻(xiàn)給高度非線性物理現(xiàn)象的模擬和分析。我們的目標(biāo)是研究影響沖壓工藝的工藝參數(shù)的一個(gè)空白交叉穿孔(圖1)?？瞻子筛邚?qiáng)度低合金鋼(HSLA260)和使用Belytschko-Tsay外殼建模元素,與完整的集成點(diǎn)。
圖1:沖壓工藝的初始和最終步驟(LS-DYNA)
由于對(duì)稱性,只有四分之一的空白,死,打孔和空白持有人被建模沿著邊界和對(duì)稱邊界條件的飛機(jī)。力學(xué)性能的材料和工藝特點(diǎn)如表1所示。
表1:流變和案例研究的工藝參數(shù)
材料
HSLA260
楊氏模量
196年平均績點(diǎn)
泊松比
0.307
密度
7750Kg=m3
硬化coecient
0.957
穿孔速度
5m=s
沖壓中風(fēng)
30mm
布蘭克持有人的努力
79250N
摩擦coecient
0.125
4.2?；貜椨?jì)算成本
在板料成形,rst變形是彈性和可逆的;然后,這個(gè)屬性不再是可能,所以變形是塑料。在這個(gè)操作過程中,金屬板通常是畸形的符合形狀的工具,除了卸貨后,其原始表查找連接由于彈性組件的幾何變形之前作為勢能存儲(chǔ)在工作表。這種現(xiàn)象被稱為“回彈”?；貜椀哪M涉及兩個(gè)步驟:加載(沖壓)和卸貨。因此,金屬板沖壓仿真后的調(diào)查工件,LS-DYNA生成一個(gè)輸出包含所有信息關(guān)于壓力和緊張?jiān)谛敦??；谶@一信息,LS-DYNA可以模擬一個(gè)隱式的回彈集成方案。圖2顯示了一個(gè)小德檢驗(yàn)的角落里代表的一部分
回彈現(xiàn)象。圖
圖2:模擬回彈(LS-DYNA)
估計(jì)回彈,rst平均每個(gè)元素的殘余壓力,然后提取該組件的所有元素的最大值。因此,rst目標(biāo)函數(shù),即回彈標(biāo)準(zhǔn),可以制定為情商。(1)。
在哪里設(shè)計(jì)參數(shù)向量,m元素的總數(shù),i元素?cái)?shù)字和平均殘余應(yīng)變, ，n集成的總數(shù)點(diǎn),j集成點(diǎn)數(shù)量。
4.3。計(jì)算失敗的成本
冶金學(xué)家的板料成形過程中失敗帶來了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),限制的成形性鋼板。當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)的缺陷,一般來說,在局部地區(qū)的蓋章。為了更好的
描述失敗,rst必要完全理解薄板的成形性。從這個(gè)意義上說,的概念,介紹了成形極限曲線(方法)[6][9]。它是由實(shí)驗(yàn)測試允許確定在單獨(dú)的主應(yīng)變空間齊次邊界空間 和局部壓力(圖3),只為更多的可靠性,我們認(rèn)為是一個(gè)安全系數(shù)估計(jì)為10%,它允許我們考慮曲線方法低10%。因此,這條曲線描述的過渡安全的材料行為材料失敗(如果存在開裂可能發(fā)起除此之外應(yīng)變值曲線)。我們的研究旨在確定材料可以承受壓力下形成沒有失敗的極限曲線。首先,從每個(gè)元素的應(yīng)變張量,我們計(jì)算了校長空白midsurface菌株。通過將這些值主要菌株的方法圖,我們看到的事實(shí)上,上面的元素,它們的主要菌株放置成形極限曲線失敗,證實(shí)了這個(gè)失敗由LS-DYNA仿真如圖4所示。
圖3:HSLA260鋼板的成形極限圖
圖4:仿真的失敗(LS-DYNA)
是非常重要的提到本金值必須在本地系統(tǒng)而不是計(jì)算張量的窩在全球笛卡爾體系。制定第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)為情商。(2)。
f2措施成本最關(guān)鍵元素的應(yīng)變之間的距離(1)我和共同回應(yīng)中的應(yīng)變值極限曲線(f)我考慮規(guī)定的安全裕度。
5。優(yōu)化過程
兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化問題、回彈和失敗,是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。實(shí)際上,這些目標(biāo)函數(shù)是昂貴的,在大多數(shù)情況下對(duì)抗,對(duì)一些敏感變量和可以存在多個(gè)最適條件。要解決這些問題,我們有追索權(quán)的新方法在全局優(yōu)化方法基于雜交和帕累托前沿,判別方法為了利用全局優(yōu)化方法的魯棒性有一個(gè)帕累托面前容易利用工程師帕累托點(diǎn)均勻分布。
5.1。簡略的優(yōu)化
目前,混合meta-heuristics目前前景的方法優(yōu)化,或-der具有較高的質(zhì)量和精度。我們提出一種混合方法,在目前的工作顯示效果很好。主要的優(yōu)化算法是模擬退火(SA)方法[1],與同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近雜化(SPSA)方法[2][10][11]。
5.1.1。SA法
該算法建立了柯克帕特里克[1]和賽爾尼[12]。它模擬的發(fā)展系統(tǒng)向最優(yōu)conguration,大致說來,通過模擬一個(gè)熱力學(xué)的進(jìn)化對(duì)平衡系統(tǒng)。大都市[13]的算法旨在從一個(gè)初始conguration開始并提交系統(tǒng)擾動(dòng)為每個(gè)范圍的控制(溫度)參數(shù)t .如果這擾動(dòng)生成一個(gè)解決方案優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)f,我們接受它;如果它oppositeeect,我們畫一個(gè)0到1之間的隨機(jī)數(shù),如果這個(gè)數(shù)字小于或等于e??fT,我們接受conguration。因此,在高T,大多數(shù)congurations被接受的空間。通過逐步減少T,該算法允許更少的解決方案的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù);因此,非常低的T e??fT接近0和算法拒絕移動(dòng)增加了成本函數(shù)。SA有很多優(yōu)勢,區(qū)別于其他優(yōu)化算法。首先,它是一個(gè)全球性的優(yōu)化方法,易于程序和適用于多個(gè)領(lǐng)域。另一方面,它有一些不便等參數(shù)的監(jiān)管經(jīng)驗(yàn),過度的計(jì)算時(shí)間和較低的T,接受率的算法變得太弱,所以該方法變得ineective,因此耦合的想法與下降法算法以減少的數(shù)量目標(biāo)功能評(píng)估。
5.1.1。SA與SPSA雜化方法的一個(gè)方法,按照這種方法,回答了這個(gè)需求的方法命名的同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近(SPSA)[2]。它是一種基于梯度的方法從隨機(jī)攝動(dòng)近似目標(biāo)函數(shù),只需要兩個(gè)評(píng)估優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)無論維度,占其權(quán)力和相對(duì)輕松的實(shí)現(xiàn)。的問題最小化損失函數(shù)f(x),x是一個(gè)m -維向量,SPSA具有相同的一般遞推隨機(jī)近似形式如Eq。(3)。
^ gk(^ xk)的估計(jì)是梯度g(x)= @f在迭代@x ^ xk。這個(gè)隨機(jī)梯度
近似計(jì)算的夜間dierence近似同步擾動(dòng),這樣對(duì)于所有^ xk隨機(jī)攝動(dòng)我們一起獲得f(^ xk)的兩個(gè)評(píng)估。然后,每個(gè)組件(^ ^ gk xk)是一種比dierence除以一個(gè)dierence兩者之間相應(yīng)的評(píng)估間隔Eq。(4)。
ck的地方是一個(gè)小的正數(shù),變大變小,k和k =(k1,:::,公里)t am維隨機(jī)擾動(dòng)向量;一個(gè)簡單的和k的每個(gè)組件是證明了選擇用伯努利分布概率12為每1的結(jié)果。收斂性要求是正義與發(fā)展黨和ck去0利率既不太快也不太慢,以及成本函數(shù)嗎應(yīng)該suciently光滑接近最優(yōu)。這樣,當(dāng)我們方法的收斂速度更快最優(yōu)比模擬退火的隨機(jī)波動(dòng)。增加模擬的準(zhǔn)確性退火時(shí),我們需要實(shí)現(xiàn)SPSA每次移動(dòng)后最小化目標(biāo)函數(shù)。的大都市的標(biāo)準(zhǔn)總是給我們可能逃離當(dāng)?shù)氐淖钸m條件。
5.2。多目標(biāo)優(yōu)化
基于帕累托的概念,一個(gè)解決方案是帕累托最優(yōu)或支配,如果集不可能改善沒有退化的(成本)組件至少另一個(gè)。在目標(biāo)函數(shù)的空間,所有支配解決方案集的集合稱為帕累托前或eciency集。這是一般在設(shè)計(jì)工程師承認(rèn)任何之一實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)必須non-dominated,也就是說,帕累托的知識(shí)面前是一個(gè)必要的階段。在我們的例子中,我們實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)眾所周知的方法:正常邊界的交點(diǎn)(NBI)法[3]和規(guī)范化正常約束方法
(NNCM)[4]。
5.2.1。正常的邊界交點(diǎn)法
讓x1和x2兩個(gè)人兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的解,分別f1(x)f2(x)的組件向量F =[f1(x)f2(x)]t。計(jì)算它們,我們使用混合方法先前描述。烏托邦點(diǎn),F,是全球最小值包含個(gè)人的向量,f我= fi(ξ)的目標(biāo),即F =[F1 f2)t。
讓Fi =[f1(xi)f2(ξt)]。個(gè)別最小值的凸包(詹)可以表示為一組
在情商等點(diǎn)j。(5)。
在哪里叫"Pay-o matrix",叫
和是的總數(shù)。
圖5:正常邊界交點(diǎn)的方法
NBI的主要想法是nd統(tǒng)一的傳播組ecient點(diǎn)形成的十字路口可行的空間之間的邊界和正常~ n的詹在每個(gè)點(diǎn)j和指向原點(diǎn)。這一原則是代數(shù)由Das和丹尼斯[3]制定如下:它包含在情商解決單目標(biāo)問題。(6)在每個(gè)點(diǎn)j。
其中t代表點(diǎn)集屬于正常。所以NBI方法上的一個(gè)點(diǎn)詹和搜索的最大距離沿著正常的指向原點(diǎn)的解決每個(gè)NBI子問題總是與我們的混合方法。
5.2.2。規(guī)范化正常約束方法
NNCM也是一個(gè)方法產(chǎn)生帕累托前和NBI一樣的目的。首先,我們和個(gè)人獨(dú)立全球最小值這兩個(gè)目標(biāo),稱為“錨點(diǎn)”,我們的混合方法。加入兩個(gè)錨點(diǎn)線叫做“烏托邦線”。為了避免尺度依賴性,優(yōu)化進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)目標(biāo)空間中可以獲得的標(biāo)準(zhǔn)化形式f的Eq。(7)。
在和之后，我們從到矢量定向，叫做“烏托邦行向量” 每個(gè)點(diǎn)生成的烏托邦線, 我們解決NNCM子問題制定Eq。(8)。
圖6:規(guī)范化正常約束方法
最后,相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案可以評(píng)估每個(gè)帕累托解的逆轉(zhuǎn)換情商的關(guān)系。(9)。
提出的方法進(jìn)行了比較與NSGAII算法[14],普遍認(rèn)為是代表國家的藝術(shù)和各種參考算法在多目標(biāo)優(yōu)化研究。結(jié)果證明該方法相比也有良好的表現(xiàn)同NSGAII。
5.3。減少并發(fā)回彈和失敗
板料成形過程的一般優(yōu)化問題幾個(gè)diculties升起。一個(gè)經(jīng)典在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,是標(biāo)準(zhǔn)(回彈和失敗)沒有明確的功能與尊重設(shè)計(jì)參數(shù)。此外,背后的彈塑性響應(yīng)的計(jì)算兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)非常昂貴。因此,每個(gè)優(yōu)化步驟動(dòng)員重要計(jì)算資源。一個(gè)經(jīng)典的解決方案是使用代理。在我們的例子中,我們使用一個(gè)三次樣條插值近似的回彈和失敗。這個(gè)近似被領(lǐng)導(dǎo)比較評(píng)估克里格和RBF方法獲得的元模型。代理的后驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果通過比較執(zhí)行他們所做的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)LS-DYNA代碼。本研究領(lǐng)導(dǎo)與空白rst時(shí)間厚度e和穿孔速度V p作為優(yōu)化變量。SA與SPSA雜化是應(yīng)用于減少回彈和失敗的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)結(jié)果,兩個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化方法,用于nd NBI和NNCM帕累托最優(yōu)解集的標(biāo)準(zhǔn)空間即回彈標(biāo)準(zhǔn)和失效準(zhǔn)則。NBI和NNCM方法加上SA雜化與SPSA獲得全球解決方案在每個(gè)局部優(yōu)化兩種方法的步驟。圖7顯示了帕累托前沿用這兩種方法,以及NSGAII結(jié)果做了對(duì)比。
圖7:回彈/失敗帕累托前沿,從左到右:NBI - NNCM NSGA II。
在第二步中,我們遵循了同樣的程序來測試回彈的敏感性和失敗兩個(gè)附加參數(shù)的壓邊力coecient(BHF銀行)和摩擦。眾所周知,這兩個(gè)參數(shù)對(duì)回彈的影響,失敗不是可以忽略不計(jì)。的帕累托前沿取得與我們的方法是與一個(gè)獲得NSGAII如圖8所示。
圖8:帕累托的回彈和失敗的四個(gè)參數(shù)
帕累托前沿conrm回彈和失效標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)烈的并發(fā)兩個(gè)和四個(gè)參數(shù)情況。通過比較gur 7和8的帕累托前沿,通過考慮四個(gè)論述——我們的話參數(shù),我們identied更好的帕累托回彈和失效準(zhǔn)則比前面
只考慮厚度和穿孔速度。雖然我們的標(biāo)準(zhǔn)在第二種情況下的近似不明顯(使用四維立方樣條函數(shù)),可以捕捉到帕累托解NBI和NNCM方法用更少的分比NSGAII需要大量的人口和幾代獲得帕累托
前面。
6。結(jié)論
我們兩個(gè)眾所周知的方法實(shí)現(xiàn)的,正常的邊界交點(diǎn)nbi和正常的規(guī)范化約束-NNCM,致力于ecient identication multiobjec——有關(guān)的帕累托方面有效的優(yōu)化問題。我們最初的貢獻(xiàn)是NBI和NNCM全球混合優(yōu)化器,SASP方法。SASP算法使用模擬退火導(dǎo)致全球論述,并使用同步擾動(dòng)隨機(jī)逼近-SPSA——這是一個(gè)“隨機(jī)梯度”,進(jìn)行局部優(yōu)化。該方法成功地應(yīng)用于工藝參數(shù)優(yōu)化沖壓的案例研究。的標(biāo)準(zhǔn)考慮回彈和失敗保證工件。這些標(biāo)準(zhǔn)是已知的反對(duì)信息通信技術(shù)。作為模擬的彈塑性反應(yīng)在沖壓太計(jì)算昂貴,我們用三次樣條的代理人參與成本。然后我們進(jìn)行帕累托面前identication(代理成本)2四個(gè)工藝參數(shù)。獲得的帕累托方面類似于NSGA-II的產(chǎn)生方法,而他們需要更少的成本評(píng)估。他們不僅證明了并發(fā)特性考慮成本,但也說明方法NBI的能力/ NNCM SASP和清晰與立方的代理人來處理多目標(biāo)捕獲相關(guān)的帕累托方面復(fù)雜的工藝參數(shù)優(yōu)化。
7所示。Aknowledgement。目前的工作是實(shí)現(xiàn)綠洲財(cái)團(tuán)的框架內(nèi),
由法國優(yōu)質(zhì)黃麻格蘭特id。1004009 z。
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多孔定位片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)
摘 要
多孔定位片零件沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)是在模具專業(yè)理論教學(xué)之后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次總檢驗(yàn)，是走向工作崗位前的一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。其目的是，綜合運(yùn)用所學(xué)課程的理論和實(shí)踐知識(shí),設(shè)計(jì)兩副完整的模具訓(xùn)練、培養(yǎng)和提高自己的工作能力。鞏固和擴(kuò)充模具專業(yè)課程所學(xué)內(nèi)容，掌握模具設(shè)計(jì)與制造的方法、步驟和相關(guān)技術(shù)規(guī)范。熟練查閱相關(guān)技術(shù)資料。掌握模具設(shè)計(jì)與制造的基本技能，如制件工藝性分析、模具工藝方案論證、工藝計(jì)算、加工設(shè)備選定、制造工藝、收集和查閱設(shè)計(jì)資料，繪圖及編寫設(shè)計(jì)技術(shù)文件等。
沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工廠的設(shè)備、人員等實(shí)際情況，從零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、勞動(dòng)強(qiáng)度、環(huán)境的保護(hù)以及生產(chǎn)的安全性各個(gè)方面綜合考慮，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、使用安全可靠的工藝方案和模具，以使沖壓件的生產(chǎn)在保證達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣上的各項(xiàng)技術(shù)要求，盡可能降低沖壓的工藝成本和保證安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：多孔定位片、沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)、工藝性分析、制造工藝
Abstract
The stamping process and die design of the porous parts are the practical teaching links after the mold theory teaching. Is to learn the knowledge of a general inspection, is to work before a practical exercise. Its purpose is to use the theory and practical knowledge of the course, design two complete mold training, training and improve their ability to work. Consolidate and expand the contents of the mold professional courses, master mold design and manufacturing methods, steps and related technical specifications. Familiar with technical documents. Master the basic skills of mould design and manufacturing process of the parts, such as mold process analysis, scheme demonstration, process calculation, process equipment selection, manufacturing process, collection and access to design information, drawing design and the preparation of technical documents etc..
The actual situation of equipment and personnel for stamping process and die design should be combined with the factory, from the production quality, production efficiency, production cost, labor intensity, environmental protection and all production safety consideration, choose the advanced technology, reasonable economy, safety and reliable use of process and die, in order to make the stamping parts the production to meet the technical requirements on the design drawing, stamping process cost is reduced and ensure safe production as soon as possible.
Key words: porous positioning plate, stamping process, die design, process analysis, manufacturing process
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章、引言 1
第二章、沖裁件的工藝性分析 4
1.1.沖裁件的形狀 5
1.2.沖裁件的尺寸精度 5
第二章、制件沖壓工藝方案的確定 6
2.1.沖壓工序的組合 6
2.2.沖壓順序的安排 6
第三章、制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算 7
3.1.預(yù)孔尺寸的計(jì)算 7
3.2.制件排樣圖的設(shè)計(jì) 7
3.3.材料利用率的計(jì)算 9
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心 10
4.1.落料沖孔力計(jì)算 10
4.2.翻孔力的計(jì)算 11
4.3.壓力中心的計(jì)算 11
4.4.壓力機(jī)的選用 13
第五章、凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 14
5.1.落料沖孔模 14
5.2.凸模、凹模刃口尺寸計(jì)算方法 15
5.3.翻孔模尺寸計(jì)算方法 16
第六章、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 17
6.1.拉伸模結(jié)構(gòu)形式： 17
6.2.翻孔模的結(jié)構(gòu)形式 18
第七章、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
7.1.落料凸凹模的設(shè)計(jì) 19
7.2.落料凹模的設(shè)計(jì) 19
7.3.沖孔凸模的設(shè)計(jì) 20
7.4.凸凹模固定板的設(shè)計(jì) 20
7.5.翻孔凹模設(shè)計(jì) 21
7.6.翻孔凸模設(shè)計(jì) 21
第八章、模具的總裝配（以翻孔模為例） 23
設(shè)計(jì)小結(jié) 24
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
III
第一章、引言
模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及市場前景
現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱。世界模具市場總體上供不應(yīng)求，市場需求量維持在700億至850億美元，同時(shí)，我國的模具產(chǎn)業(yè)也迎來了新一輪的發(fā)展機(jī)遇。近幾年，我國模具產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值保持15%的年增長率（據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005年國內(nèi)模具進(jìn)口總值達(dá)到700多億，同時(shí)，有近250個(gè)億的出口），到2007年模具產(chǎn)值預(yù)計(jì)為700億元，模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件出口將從現(xiàn)在的每年9000多萬美元增長到2006年的2億美元左右。單就汽車產(chǎn)業(yè)而言，一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元，而當(dāng)汽車更換車型時(shí)約有80%的模具需要更換。2005年我國汽車產(chǎn)銷量均突破550萬輛，預(yù)計(jì)2007年產(chǎn)銷量各突破700萬輛，轎車產(chǎn)量將達(dá)到300萬輛。另外，電子和通訊產(chǎn)品對(duì)模具的需求也非常大，在發(fā)達(dá)國家往往占到模具市場總量的20%之多。目前，中國17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬。1999年中國模具工業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)245億元人民幣。工業(yè)總產(chǎn)值中企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%。
模具的發(fā)展是體現(xiàn)一個(gè)國家現(xiàn)代化水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志，就我國而言，經(jīng)過了這幾十年曲折的發(fā)展，模具行業(yè)也初具規(guī)模，從當(dāng)初只能靠進(jìn)口到現(xiàn)在部分進(jìn)口已經(jīng)跨了一大步，但還有一些精密的沖模自己還不能生產(chǎn)只能通過進(jìn)口來滿足生產(chǎn)需要。隨著各種加工工藝和多種設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用使的模具的應(yīng)用和設(shè)計(jì)更為方便。隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)和制造也越來越趨近于國際化?，F(xiàn)在模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)的研究和應(yīng)用。大大提搞了模具設(shè)計(jì)和制造的效率。減短了生產(chǎn)周期。采用模具CAD/CAM技術(shù)，還可提高模具質(zhì)量，大大減少設(shè)計(jì)和制造人員的重復(fù)勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)者有可能把精力用在創(chuàng)新和開發(fā)上。尤其是pro/E和UG等軟件的應(yīng)用更進(jìn)一步推動(dòng)了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使模具工作零件的加工趨進(jìn)于自動(dòng)化。電火花和線切割技術(shù)的廣泛應(yīng)用也對(duì)模具行業(yè)起到了飛越發(fā)展。模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度在國內(nèi)外現(xiàn)在也比較明顯。特別是對(duì)一些通用件的使用應(yīng)用的越來越多。其大大的提高了它們的互換性。加強(qiáng)了各個(gè)地區(qū)的合作。對(duì)整個(gè)模具的行業(yè)水平的提高也起到了重要的作用。
沖壓工藝是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有時(shí)也叫板料沖壓。沖壓不僅可以加工金屬板料，而且也可以加工非金屬板料。沖壓加工時(shí)，板料在模具的作用下，于其內(nèi)部產(chǎn)生使之變形的內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力的作用達(dá)到一定程度時(shí)，板料毛坯或毛坯的某個(gè)部位便會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)力的作用性質(zhì)相對(duì)應(yīng)的變形，從而獲得一定的形狀、尺寸和性能的零件。
沖壓生產(chǎn)靠模具與設(shè)備完成加工過程，所以它的生產(chǎn)率高，而且由于操作簡便，也便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
利用模具加工，可以獲得其它加工方法所不能或難以制造的、形狀復(fù)雜的零件。
沖壓產(chǎn)品的尺寸精度是由模具保證的，所以質(zhì)量穩(wěn)定，一般不需要再經(jīng)過機(jī)械加工便可以使用。
沖壓加工一般不需要加熱毛坯，也不像切削加工那樣大量的切削材料，所以它不但節(jié)能，而且節(jié)約材料。沖壓產(chǎn)品的表面質(zhì)量較好，使用的原材料是冶金工廠大量生產(chǎn)的軋制板料或帶料，在沖壓過程中材料表面不受破壞。
因此，沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般還具有重量輕且剛性好的特點(diǎn)。
沖壓加工在汽車、拖拉機(jī)、電機(jī)、電器、儀器、儀表、各種民用輕工產(chǎn)品以及航空、航天和兵工等的生產(chǎn)方面占據(jù)十分重要的地位。現(xiàn)代各種先進(jìn)工業(yè)化國家的沖壓生產(chǎn)都是十分發(fā)達(dá)的。在我國的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中，沖壓生產(chǎn)占有重要的地位。
當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，沖壓工藝技術(shù)也在不斷革新和發(fā)展，這些革新和發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化
（2）模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)的現(xiàn)代化
（3）沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化
（4）新的成型工藝以及技術(shù)的出現(xiàn)
（5）不斷改進(jìn)板料的性能，以提高其成型能力和使用效果。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種綜合性的訓(xùn)練，也是一個(gè)重要的專業(yè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，它綜合性強(qiáng)，應(yīng)用知識(shí)面寬。隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，市場競爭激烈。模具作為一種工具已廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)之中。模具是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)部門都越來越多地依靠模具來進(jìn)行生產(chǎn)加工。模具已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)。模具已成為當(dāng)代工業(yè)的重要手段和工藝發(fā)展方向之一?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的品種和生產(chǎn)效益的提高，在很大程度上取決于模具的發(fā)展和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平。
為了更進(jìn)一步加強(qiáng)我們的設(shè)計(jì)能力，鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，在畢業(yè)之際，特安排了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)計(jì)也是我們專業(yè)在學(xué)完基礎(chǔ)理論課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的基礎(chǔ)上，所設(shè)置的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。
本次設(shè)計(jì)的目的：
一、 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的理論與生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次沖壓模設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練，從而提高我們獨(dú)立工作能力。
二、 鞏固復(fù)習(xí)三年以來所學(xué)的各門學(xué)科的知識(shí)，以致能融貫通，進(jìn)一步了解從模具設(shè)計(jì)到模具制造整個(gè)工藝流程。
三、 掌握模具設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊，熟悉標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。
由于本人設(shè)計(jì)水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，錯(cuò)誤難免，敬請老師批評(píng)、指導(dǎo)，不勝感激。
第二章、沖裁件的工藝性分析
沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。
沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量影響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。
在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。
模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間，這就延長了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。
沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問題。
沖裁件的工藝性是指沖裁件在沖裁加工中的難易程度。所謂沖裁工藝性好是指能用普通的沖裁方法，在模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下得到質(zhì)量合格的沖裁件。因此，沖裁件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級(jí)、材料及厚度等是否符合沖裁的工藝要求，對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率有很大的影響。
1.1.沖裁件的形狀
圖1.零件及尺寸
此制件的形狀較簡單，且對(duì)稱，有圓角過渡，便于模具的加工和減少?zèng)_壓時(shí)在尖角處開裂的現(xiàn)象，同時(shí)也可以防止尖角部位刃口的過快磨損。所使用的材料為08AL鋼，08AL是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的一種，一般用作冷沖壓薄板鋼中的Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板。其命名規(guī)則類同碳素結(jié)構(gòu)鋼，其兩位數(shù)字表示鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍，即"08"表示鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%，"Al"表示鋁脫氧冶煉鎮(zhèn)靜。其抗拉強(qiáng)度為330-450MPa，抗剪強(qiáng)度為260-360MPa，屈服點(diǎn)200MPa。
1.2.沖裁件的尺寸精度
沖裁件的精度主要以其尺寸精度、沖裁斷面粗糙度、毛刺高度三個(gè)方面的指標(biāo)來衡量，根據(jù)零件圖上的尺寸標(biāo)注及公差，可以判斷屬于尺寸精度為IT12—IT14的經(jīng)濟(jì)級(jí)普通沖壓。
第二章、制件沖壓工藝方案的確定
2.1.沖壓工序的組合
沖裁工序可以分為單工序沖裁、復(fù)合工序沖裁和連續(xù)沖裁。
沖裁方式根據(jù)下列因素確定：
1. 根據(jù)生產(chǎn)批量來確定 對(duì)于年產(chǎn)量需求100萬件的該產(chǎn)品來說，采用復(fù)合模或連續(xù)模較合適。
2.根據(jù)沖裁件尺寸和精度等級(jí)來確定 復(fù)合沖裁所得到的沖裁件尺寸精度等級(jí)高，而連續(xù)沖裁比復(fù)合沖裁的沖裁件尺寸精度等級(jí)低。
3.根據(jù)對(duì)沖裁件尺寸形狀的適應(yīng)性來確定 該產(chǎn)品的尺寸較小，考慮到單工序送料不方便和生產(chǎn)效率低，因此常采用復(fù)合沖裁或連續(xù)沖裁。連續(xù)沖裁又可以加工形狀復(fù)雜、寬度很小的異形沖裁件。
4.根據(jù)模具制造安裝調(diào)整的難易和成本的高低來確定, 對(duì)復(fù)雜形狀的沖裁件來說，采用復(fù)合沖裁比采用連續(xù)沖裁較為適宜，因?yàn)槟＞咧圃彀惭b調(diào)整較容易，且成本較低。
5.根據(jù)操作是否方便與安全來確定 復(fù)合沖裁其出件或清除廢料較困難，工作安全性較差，連續(xù)沖裁較安全。
綜上所述分析，在滿足沖裁件質(zhì)量與生產(chǎn)率的要求下，選擇復(fù)合沖裁和單工序模結(jié)合的沖裁方式，其模具壽命較長，生產(chǎn)率高，操作較方便和工作安全性高。
2.2.沖壓順序的安排
根據(jù)下章工藝的計(jì)算，本次產(chǎn)品共有，落料、沖孔、翻孔等工序，結(jié)合計(jì)算和工序的合理安排，本次設(shè)計(jì)，只需要設(shè)計(jì)其中兩副單工序模具，落料沖孔復(fù)合，翻孔模，兩幅復(fù)合模。具體工藝計(jì)算見下章。
第三章、制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算
3.1.預(yù)孔尺寸的計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的課題，從產(chǎn)品形狀看，翻孔的翻邊高度不高，所以可以考慮一次翻孔成型，是否能一次翻孔，需要通過計(jì)算得知。
根據(jù)翻孔預(yù)孔尺寸的計(jì)算d=D-2(H-0.43r-0.72t)，
式中 d——預(yù)孔直徑（mm）；
D——翻孔直徑（mm）；20-2.5=17.5
H——翻孔高度（mm）；4.8
t——材料厚度(mm)；2.5
r——翻孔圓角；2.0
經(jīng)計(jì)算 d=17.5-2×（4.8-0.43×3.75-0.72×2.5）=13.22,根據(jù)實(shí)際調(diào)整此尺寸為13.2，查表得，鐵板的翻孔系數(shù)首次系數(shù)最小為0.65，實(shí)際翻孔系數(shù)為13.2/17.5=0.754，大于最小系數(shù)0.65，所以符合要求。
3.2.制件排樣圖的設(shè)計(jì)
排樣時(shí)需考慮如下原則：
1.提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變沖件的形狀）
2.合理排樣方法使操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低且安全。
3.模具結(jié)構(gòu)簡單、壽命長。
4.保證沖件的質(zhì)量和沖件對(duì)板料纖維方向的要求。
3.2.1.搭邊與料寬
1．搭邊 排樣中相鄰兩個(gè)零件之間的余料或零件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償補(bǔ)償定位誤差，保持條料有一定的剛度，以保證零件質(zhì)量和送料方便。
搭邊值要合理確定，值過大，材料利用率低；值過小，搭邊的強(qiáng)度與剛度不夠，沖裁時(shí)容易翹曲或被拉斷，不僅會(huì)增大沖裁件毛刺，有時(shí)甚至單邊拉入模具間隙，造成沖裁力不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度大于塑性變形區(qū)的寬度，一般可取等于材料的厚度。
搭邊值的大小還與材料的力學(xué)性能、厚度、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、送料及擋料方式、卸料方式等因素有關(guān)。搭邊值一般由經(jīng)驗(yàn)確定，根據(jù)所給材料厚度δ=2.5mm，復(fù)合模，查經(jīng)驗(yàn)表格，確定搭邊工作間a1為1.5mm,a為1.8mm。
2．送料步距和條料寬度的確定
送料步距 條料在模具上每次送進(jìn)的距離成為送料步距。每次只沖一個(gè)零件的步距S的計(jì)算公式為
S=D+a1 (3-1)
S=70+1.5=71.5mm
式中 D——平行于送料方向的沖裁寬度；
a1——沖裁之間的搭邊值；
3.條料寬度 條料寬度的確定原則：最小條料寬度要保證沖裁時(shí)零件周邊有足夠的搭邊值，最大條料寬度要能在沖裁時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送進(jìn)，并與導(dǎo)料板之間有一定的間隙。
當(dāng)用孔定距時(shí)，可按下式計(jì)算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=（70+2×1.8）-0.5=73.6-0.5mm
式中 B——條料的寬度（mm）；
Dmax——沖裁件垂直于送料方向的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值,
Δ——條料寬度的單向（負(fù)向）公差；
剪切條料寬度偏差Δ=0.5, 因此B=73.6-0.5。
3.3.材料利用率的計(jì)算
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×3.14×35×35/71.5×73.6×100%=73.09%
式中 F——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件面積（包括沖出的小孔在內(nèi)）；
n——一個(gè)步距內(nèi)沖裁件數(shù)目；1
B——條料寬度（mm）；73.6mm
s——步距（mm）；71.5mm
第四章、確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心
4.1.落料沖孔力計(jì)算
4.1.1.沖裁力的計(jì)算
沖裁力是選擇壓力機(jī)的主要依據(jù)，也是設(shè)計(jì)模具所必須的數(shù)據(jù)。其沖裁力F的計(jì)算公式為：F＝KLtτ
其中F為沖裁力N；L為沖裁件的周長mm；t板料厚度mm；τ為材料的抗剪強(qiáng)度MPa；Ｋ為系數(shù)，常取1.3,08AL鋼抗剪強(qiáng)度260-360Mpa。
在一般情況下，材料的σb≈1.3τ，為計(jì)算方便，也可用這個(gè)式子計(jì)算
沖裁力： F＝Ltσb
φ13.2圓孔周長為L1=3.14×13.2=41.448
3-月牙孔周長為L2=3×53=159
落料周長為L2=3.14×70=219.8
落料模具的沖裁力為：F＝Ltσb＝（41.448+159+219.8）×2.5×1.3×360＝491690.16N=491.69KN。
4.1.2.卸料力、推件力和頂件力
從凸模上卸下板料所需的力稱為卸料力；從凹模內(nèi)向下推出工件或廢料所需的力稱推件力。
、和沖件輪廓的形狀、沖裁間隙、材料種類和厚度、潤滑情況、凹模洞口形狀因素有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中常用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
式中 F──沖裁力；
──卸料力系數(shù)；
──推件力系數(shù)；
──頂件力系數(shù)；
n──梗塞在凹模內(nèi)的沖件數(shù)（n＝h/t）
h──為凹模直壁洞口的高度。
、與可分別由表4.1查取。當(dāng)沖裁件形狀復(fù)雜、沖裁間隙較小，潤滑較差、材料強(qiáng)度高時(shí)應(yīng)取較大的值；反之則應(yīng)取較小的值。
表4.1 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)
料厚/mm
0.5～2.5
0.025～0.06
0.05
0.06
取為0.06、為0.05
=0.06×3.14×70×2.5×1.3×360＝15429.96N=15.43KN。
=0.04×(41.448+159)×2.5×1.3×360＝9380.966N=9.38KN。
綜上所述，總的沖裁力為F總=491.69+15.43+9.38=516.5KN
4.2.翻孔力的計(jì)算
翻孔力一般不大，可按以下公式近似計(jì)算
P=1.1×3.14（D-d）tσ (4-8)
其中
P——翻孔力（N）；
D——翻孔后的孔徑（mm）；20-2.5=17.5
d——翻孔預(yù)孔的孔徑（mm）；13.2
t——材料厚度（mm）；2.5
σ——材料屈服極限；(MPa)，200MPa
計(jì)算P=1.1×3.14×（17.5-13.2）×2.5×200=7426.1N=7.43KN
F卸=K卸F
=0.06×4.73=0.2838KN
綜上所述，翻孔力F總=4.73+0.4458=2.5652KN
4.3.壓力中心的計(jì)算
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。
沖模的壓力中心，可按下述原則來確定：
（１）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖壓件，沖模的壓力中心就是沖壓件的幾何中心。
（２）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
（３）形狀復(fù)雜的零件、多孔沖模、 級(jí)進(jìn)模的 壓力中心可用解析計(jì)算法求出諸力的 合力對(duì)該軸的力矩。求出合力作用點(diǎn)的 座標(biāo) 位置 O0(x0,y０)，即為所求模具的壓力中心。
?計(jì)算公式為：
因沖壓力與沖壓周邊長度成正比， 所以式中的各沖壓力 P１、Ｐ２、Ｐ３……Pn，可分別用各沖壓周邊長度 L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即：
本次設(shè)計(jì)課題產(chǎn)品為同心圓，對(duì)稱件，所以該模具壓力中心和模具中心吻合，即（0,0）。
4.4.壓力機(jī)的選用
根據(jù)模具總壓力，模具大小及閉合高度，初步確定壓力機(jī)的型號(hào)：
F公稱≥F總，因此選擇壓力機(jī)的型號(hào)為：J23—63壓力機(jī)
公稱壓力/KN
630
墊板尺寸/mm
厚度80
滑塊行程/mm
100
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
40
模柄孔尺寸/mm
直徑50
深度70
最大封閉高度/mm
400
滑塊底面積尺寸/mm
前后360
封閉高度調(diào)節(jié)量
80
左右400
滑塊中心線至床身距離/mm
310
床身最大可傾角
25°
立柱距離/mm
420
工作臺(tái)尺寸/mm
前后570
左右860
第五章、凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
5.1.落料沖孔模
間隙是影響模具壽命的各種因素中占最主要的一個(gè)。沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間的均有磨檫，而且間隙越小，磨檫越嚴(yán)重。在實(shí)際生產(chǎn)中受到制造誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對(duì)垂直于凹模平面，而且間隙也不會(huì)絕對(duì)均勻分布，合理的間隙均可使凸模、凹模側(cè)面與材料間的磨檫減小，并緩減間隙不均勻的不利影響，從而提高模具的使用壽命。
沖裁間隙對(duì)沖裁力的影響：
雖然沖裁力隨沖裁間隙的增大有一定程度的降低，但是當(dāng)單邊間隙介于材料厚度 5%~20%范圍時(shí)，沖裁力的降低并不明顯（僅降低5%~10%左右）。因此，在正常情況下，間隙對(duì)沖裁力的影響不大。
沖裁間隙對(duì)斜料力、推件力、頂件力的影響：
間隙對(duì)斜料力、推件力、頂件力的影響較為顯著。間隙增大后，從凸模上斜、從凸?？卓谥型瞥龌蝽敵隽慵紝⑹×ΑＲ话惝?dāng)單邊間隙增大到材料厚度的15%~25%左右時(shí)斜料力幾乎減到零。
沖裁間隙對(duì)尺寸精度的影響：
間隙對(duì)沖裁件尺寸精度的影響的規(guī)律，對(duì)于沖孔和落料是不同的，并且與材料軋制的纖維方向有關(guān)。
通過以上分析可以看出，沖裁間隙對(duì)斷面質(zhì)量、模具壽命、沖裁力、斜料力、推件力、頂件力以及沖裁件尺寸精度的 影響規(guī)律均不相同。因此，并不存在一個(gè)絕對(duì)合理的間隙數(shù)值，能同時(shí)滿足斷面質(zhì)量最佳，尺寸精度最佳，沖裁模具壽命最長，沖裁力、斜料力、推件力、頂件力最小等各個(gè)方面的要求。在沖壓的實(shí)際生產(chǎn)過程中，間隙的選用主要考慮沖裁件斷面質(zhì)量和模具壽命這兩個(gè)方面的主要因素。但許多研究結(jié)果表明，能夠保證良好的沖裁件斷面質(zhì)量的間隙數(shù)值和可以獲得較高的沖模壽命的間隙數(shù)值也是不一致的。一般說來，當(dāng)對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量要求較高時(shí)，應(yīng)選取較小的間隙值，而當(dāng)對(duì)沖裁件的質(zhì)量要求不是很高時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟箝g隙值以利于提高沖模的使用壽命。
不管落料還是沖孔，沖裁間隙一律采用最小合理間隙值（Zmin）。選擇模具制造公差時(shí)，一般沖模精度較零件高3-4級(jí)。對(duì)于形狀簡單的圓形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6- IT7級(jí)選?。粚?duì)于形狀復(fù)雜的刃口尺寸制造偏差可按零件相應(yīng)部位公差值的1/4來選??；對(duì)于刃口尺寸磨損后無變化的制造偏差值可取沖件相應(yīng)部位公差值的1/8并冠以（±）；若零件沒有標(biāo)注公差，則可按IT14級(jí)取值。
5.2.凸模、凹模刃口尺寸計(jì)算方法
5.2.1.凸模和凹模分開加工
這種方法設(shè)計(jì)和加工都簡單，主要適用于圓形或簡單刃口。設(shè)計(jì)時(shí)，需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸精度及制造公差。并且保證沖模的制造公差與沖裁間隙之間滿足：δd+δp≤Zmax-Zmin。此方法適合材料相對(duì)比較厚的產(chǎn)品。
本次設(shè)計(jì)的課題材料厚度為0.5，可以采用凸模和凹模分開加工的方法，具體刃口尺寸計(jì)算如下：
沖孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式計(jì)算：
沖孔時(shí)凸模 Bj=(Amin+XΔ)+Δ/4
沖孔時(shí)凹模 Bh=(Amin+XΔ+Zmin)-Δ/4
落料時(shí)凹模 Aj=(Amax-XΔ)-Δ
落料時(shí)凸模 Ah=(Amax-XΔ-Zmin)+Δ
孔心距： Lp=L±δp’
式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模制造公差，通常取δp=Δ/4；
δp’——刃口中心距對(duì)稱偏差，通常取δp’=Δ/8；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
L——沖件中心距基本尺寸（mm）；
Zmin——最小沖裁間隙（mm）；
落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)Δ/4
=70.2-0.5×0.4=70;
落料凸模尺寸：Ah1=(Aj1-Zmin)+ Δ/4
=70-0.2=69.8;
沖孔凸模尺寸：Bj1=(Amin1+XΔ)- Δ/4
=13.1+0.5×0.2=13.2
Bj2=(Amin2+XΔ)- Δ/4
=3.45+0.5×0.1=3.5
沖孔凹模尺寸：Bh1=(Bj1+Zmin)- Δ/4
=13.2+0.2=13.4
Bh2=(Bj2+Zmin/2)- Δ/4
=3.5+0.2/2=3.6
孔心距： Lp=L±δp’
Lp1=43±0.01
5.3.翻孔模尺寸計(jì)算方法
利用模具把板料上的孔緣或者是外緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫做翻孔和翻邊，這是沖壓加工常用的加工方法。使用比較廣泛。
本次設(shè)計(jì)為內(nèi)孔翻邊設(shè)計(jì)，也叫翻孔，主要的變形是坯料受切向和徑向拉伸，越接近預(yù)孔邊緣變形越大。因此，圓孔翻邊的失敗往往是邊緣拉裂，拉裂與否取決于拉伸變形的大小，圓孔拉伸的變形程度用翻孔前預(yù)孔直徑d與翻孔后的平均直徑D的比值K表示。K=d /D
K為翻邊系數(shù)，顯然，K值越小，變形程度越大，圓孔翻邊時(shí)孔邊瀕臨破壞的翻邊系數(shù)，稱為最小翻邊系數(shù)。（也叫極限翻邊系數(shù)）
最小翻邊系數(shù)的大小，主要取決于材料的塑性，預(yù)孔的表面質(zhì)量和硬化程度，材料的相對(duì)厚度、凸模工作部分的形狀等因素。
在設(shè)計(jì)模具時(shí)，可以采用預(yù)孔定位。
第六章、模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
6.1.拉伸模結(jié)構(gòu)形式：
整個(gè)模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，下模采用樹脂卸料裝置，上模采用打料結(jié)構(gòu)，采用擋料銷定位條料，及送料距離。
6.2.翻孔模的結(jié)構(gòu)形式
采用沖的預(yù)孔定位，下模采用彈簧頂料，上模采用彈性卸料裝置。
第七章、模具零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
7.1.落料凸凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov，硬度：58～62HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03mm，由于3個(gè)月牙孔的位置成120度均勻分布，所以固定好凸凹模后，需要配鉆防轉(zhuǎn)銷，方式凸模在沖壓過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)，將沖裁間隙偏移，導(dǎo)致爆模。
7.2.落料凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov，硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與上模板螺釘和銷釘固定。
7.3.沖孔凸模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov，硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與固定板過盈配合，過盈量0.02-0.03。
7.4.凸凹模固定板的設(shè)計(jì)
材料：45#，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），中間孔與凸凹模過盈配合，配鉆防轉(zhuǎn)銷，與下模板螺釘和銷釘固定；
7.5.翻孔凹模設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov，硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），與上模板螺釘和銷釘固定；
7.6.翻孔凸模設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov，硬度：55～58HRC，形狀結(jié)構(gòu)：（如圖），凸模與固定板過盈配合；
第八章、模具的總裝配（以翻孔模為例）
1、確定裝配基準(zhǔn)件
應(yīng)以凹模為裝配基準(zhǔn)件。首先要確定凹模在模架中的位置，安裝凹模組件，然后用平行板將凹模組件和上模座夾緊，在上模座上劃出彎曲孔線，進(jìn)而安裝上模座其他組件。
2、安裝下模部分
檢查下模部分各個(gè)零件尺寸是不是滿足裝配技術(shù)條件要求。 安裝下模，調(diào)整沖裁間隙， 將下模系統(tǒng)各零件分別裝于下模座內(nèi)。
3、安裝下模部分
4、自檢
按沖模技術(shù)條件進(jìn)行總裝配檢查。
5、檢驗(yàn)
6、試沖
設(shè)計(jì)小結(jié)
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年到2000年，對(duì)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(duì)發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。
模具是裝備制造業(yè)的核心，作為機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)，模具水平基本反映了這個(gè)國家工業(yè)水平的高低。我國的模具工業(yè)水平，雖然經(jīng)過改革開放以來30年的追趕，但畢竟底子太薄，到現(xiàn)在為止水平并不高，尤其大中型模具的實(shí)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。30年來，我們利用全球的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的歷史機(jī)遇，投入很大資源發(fā)展模具行業(yè)，但基本上還只是一些低端模具發(fā)展較為成熟些，中高端模具發(fā)展遇到眾多瓶頸。目前我國模具遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，國產(chǎn)模具在國內(nèi)市場占有率為低端模具70%，中端模具35%，高端模具不到10%，特別是大型高端模具比如汽車模需要大量進(jìn)口。我國模具行業(yè)要追趕發(fā)達(dá)國家還需要很長的路，國家需要更多的政策引導(dǎo)，企業(yè)需要更加重視研發(fā)而不是代加工.對(duì)于我們這樣接受了專業(yè)系統(tǒng)的本科教育大學(xué)生也是未來的模具儲(chǔ)備人才來說，我們具有較高的起點(diǎn)，我們關(guān)注的不應(yīng)該局限于模具技術(shù)，雖然我國模具行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展遇到的問題主要還是技術(shù)問題，但是我們應(yīng)該把視野放寬些，只有好的企業(yè)才能搞到好的技術(shù)，我們要關(guān)注更多模具市場企業(yè)的經(jīng)營與改善，模具企業(yè)十分也需要我們這樣的人才，既懂技術(shù)又懂管理又了解市場動(dòng)態(tài)的人才，這才是我們應(yīng)該擔(dān)起振興模具行業(yè)的歷史使命。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種綜合性較強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它具知識(shí)面寬、學(xué)科廣、綜合性強(qiáng)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我鞏固了以前學(xué)過的知識(shí)，提高了查閱資料的能力，使我更加認(rèn)識(shí)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性，從而提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。為我今后走向工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。
在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多的東西。首先對(duì)于AUTOCAD和Pro/ENGINEER的應(yīng)用更加熟練；其次，通過模具設(shè)計(jì)我對(duì)于模具設(shè)計(jì)的流程基本上熟悉。這次設(shè)計(jì)是對(duì)以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的一次綜合性的實(shí)踐。涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、互換性以及CAD/CAM各個(gè)方面的內(nèi)容。
設(shè)計(jì)過程中按照任務(wù)書的要求和目的，循序漸進(jìn),力求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理。參考了許多文獻(xiàn)資料。由于經(jīng)驗(yàn)不足，還有許多地方?jīng)]有考慮全面，有待于完善。
總之，學(xué)海無涯，在以后的時(shí)間里，我要更加努力學(xué)習(xí)！
致 謝
對(duì)三年來辛勤教導(dǎo)我的老師和學(xué)校致以最崇高的敬意！
對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)我和給予我最多的老師表示我最衷心的感謝!畢業(yè)設(shè)計(jì)開始以來，有幸多次聆聽老師的教誨。老師以他寬廣的知識(shí)、高瞻遠(yuǎn)矚的學(xué)識(shí)、在實(shí)際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)。拓寬了我的視野和思維，更為重要的是老師以他對(duì)事業(yè)孜孜不倦的追求和待人接物謙遜的態(tài)度和豁達(dá)的胸襟，時(shí)刻都在潛移默化地影響著我，這將使我終生受益。
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