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長 沙 學(xué) 院 CHANGSHA UNIVERSITY 畢業(yè)設(shè)計 論文 資料 設(shè)計 論文 題目 接觸片多工位級進(jìn)模 設(shè)計說明書 系 部 機(jī)電工程 專 業(yè) 模具設(shè)計與制造 學(xué) 生 姓 名 張楷 班 級 07 學(xué)號 2007013142 指導(dǎo)教師姓名 胡冠昱 職稱 教授 最終評定成績 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 1 目 錄 摘 要 3 第 1 章 接觸片沖壓件的工藝分析 4 第 2 章 接觸片沖壓工藝方案的確定 6 第 3 章 主要的設(shè)計與計算 7 3 1 排樣方式的確定及其計算 7 3 2 沖壓力的計算 8 3 3 壓力中心的確定及相關(guān)計算 9 3 4 工作零件刃口尺寸計算 11 3 5 推件彈簧的設(shè)計 15 第 4 章 模具的總體設(shè)計 16 4 1 定位方式的選擇 16 4 2 卸料 出件方式的選擇 16 4 3 導(dǎo)向方式的選擇 16 第 5 章 主要零部件的設(shè)計 17 4 1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 4 2 定位零件的設(shè)計 18 4 3 導(dǎo)板 卸料部件的設(shè)計 19 4 4 模架及其它零部件的設(shè)計 20 第 6 章 模具的總裝圖 23 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 2 第 7 章 模具零件加工工藝 18 第 8 章 模具的裝配設(shè)計 28 結(jié) 論 29 參考文獻(xiàn) 30 致 謝 31 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 3 摘要 級 進(jìn) 模 也 叫 連 續(xù) 模 連 續(xù) 模 在 標(biāo) 準(zhǔn) 術(shù) 語 已 經(jīng) 取 消 由 多 個 工 位 組 成 各 工 位 按 順 序 關(guān) 聯(lián) 完 成 不 同 的 加 工 在 沖 床 的 一 次 行 程 中 完 成 一 系 列 的 不 同 的 沖 壓 加 工 一 次 行 程 完 成 以 后 由 沖 床 送 料 機(jī) 按 照 一 個 固 定 的 步 距 將 材 料 向 前 移 動 這 樣 在 一 副 模 具 上 就 可 以 完 成 多 個 工 序 一 般 有 沖 孔 落 料 折 彎 切 邊 拉 伸 等 等 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展 各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快 而模具的更 新?lián)Q代也越來越快 模具的設(shè)計在工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會 級進(jìn)模的也應(yīng)用得越 來越廣泛了 尤其是適用于高速高效的自動化生產(chǎn)過程中 因此我們模具專業(yè)的學(xué) 生在學(xué)完金屬材料學(xué) 機(jī)械制造基礎(chǔ) 模具設(shè)計與制造等基本知識 以及掌握 CAD Pro e UG 等有關(guān)軟件后 要做到對軟件的靈活運(yùn)用和對所學(xué)知識能綜合運(yùn) 用 作為學(xué)模具方面的學(xué)生也更應(yīng)該努力的掌握級進(jìn)模設(shè)計這方面的技能 本畢業(yè)設(shè)計就是旨在調(diào)動所學(xué)創(chuàng)造的結(jié)晶 在一個多月的時間里 不斷的揣摩 不斷的思考 運(yùn)用一切能夠運(yùn)用的東西 到圖書館查資料 網(wǎng)上查資料 再弄不明 白的就問同學(xué)問老師 直到搞明白為止 弄好之后 也不敢怠慢 就拿給老師修改 爭取做到更好 在這過程中也鍛煉了自己的能力 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 4 第 1 章 沖壓件的工藝分析 圖 1 1 接觸片示意圖 圖 1 2 接觸片零件圖 技術(shù)要求 材料 H62 材料厚度 2mm 生產(chǎn)批量 大批量 未注公差 按 IT14 級確定 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 5 1 零件的工藝性分析 該零件是用 H62 黃銅 結(jié)構(gòu)相對簡單 雖然有些形狀不對稱 但該零件只有 沖孔和落料兩個工序 而 H62 有就有良好的沖壓性能 適合沖裁 由于零件要沖出 2 6 的孔 一個 8 的孔 還有一個異形孔 孔與孔 孔與邊緣之間的距離也滿 足要求 最小壁厚為 6 3mm 異形孔 中間 6 孔的距離 根據(jù)課本沖壓模具設(shè)計與制造一書得知 由于受凸模的強(qiáng)度限制 所沖出的孔 不能太小 孔的尺寸取決于材料的性能 凸模的強(qiáng)度 模具結(jié)構(gòu) 根據(jù)資料可以差 得最小孔 d 0 9t 0 9 2 1 8mm 6mm 所以滿足工藝要求 沖裁件孔與孔之間 孔與邊緣之間的距離受模具強(qiáng)度與材料的質(zhì)量的制約 其值一般不宜過小 一般要求 C 1 1 5 t 1 5 2 t 由以上可知孔 C 與孔之間的距離滿足要求 2 沖裁件的精度和粗糙度 沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度為不高于 IT14 一般的落料的公差等級最好低于 IT14 沖孔件 的公差等級最好低于 IT10 級 有資料公差表可得落料公差 0 20 沖孔公差為未注公差 IT14 落料公差最高 0 50 沖孔公差最高 0 15 同理滿足要求 因此可以用一般精度 的沖裁可以滿足要求 由于工件沒有斷面粗糙度的要求 這粗糙度我們不予考慮 3 沖裁件的材料分析 H62 黃銅 沖壓模具設(shè)計大典可知 抗剪強(qiáng)度 255Mpa 斷后延長率 35 此材料有良好的塑性和較高的彈性 沖裁性能較好 可以沖裁加工 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 6 第 2 章 接觸片沖壓工藝方案的確定 確定方案就是確定沖壓件的工藝路線 主要包括沖壓工序數(shù) 工序的組合和順序 等 確定合理的沖裁工藝方案應(yīng)在不同的工藝分析進(jìn)行全面的分析與研究 比較其綜 合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果 選擇一個合理的沖壓工藝方案 該沖裁件包括沖孔與落料兩個基本工序 可采用的沖裁方案有單工序沖裁 復(fù)合 沖裁 連續(xù)沖裁三種方案 第一種方案單工序沖裁 零件屬于大批量生產(chǎn) 難以滿足大批量的生產(chǎn)要求 而 且采用單工序沖裁則需要兩副單工序模具 而且生產(chǎn)率 工件的精度都較低 所需的 費用成本高 不合理 第二種方案采用復(fù)合沖裁 只有一副模具 生產(chǎn)成本較低 可得到精度與平直度 較好的工件 生產(chǎn)率較高 但孔邊距則較小 板材厚度較小 模具強(qiáng)度不一定能夠得 到保證 而且制造的難度也較大 并且沖裁后的成品件留在模具上 在清理模具上的 物料時會影響沖壓速度 操作也不方便 而第三種方案采用級連續(xù)模沖裁 先沖孔 在落料 生產(chǎn)率高 操作方便 工件 的精度也較高 而且通過合理的設(shè)計可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強(qiáng)度不夠的 問題 并且還只有一副模具 節(jié)約了生產(chǎn)成本 綜上所述 根據(jù)以上三種方案的分析對比 可得該工件采用連續(xù)沖裁這個方案為 最佳 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 7 第 3 章 主要的設(shè)計與計算 3 1 排樣方式的確定及其計算 設(shè)計連續(xù)模 首先就要設(shè)計條料排樣圖 接觸片厚度一般 但尺寸相對較大 可 以采用橫排和直排比較合理 而直排時材料的利用率低 應(yīng)采用橫排如圖 3 1 所示的 排樣方法 可以顯著的減少廢料 查教科書沖壓模具設(shè)計與制造 搭邊值是由經(jīng)驗確 定的 矩形件的邊長 L 50mm t 2mm 時 查表得最小的搭邊值 工件間的距離 6 5mm 側(cè)面的距離 a 3 5mm 1a 圖 3 1 接觸片排樣圖 條料的寬度為 B 142mm 步距為 s 25mm 經(jīng)過計算得 A 273325 mm2 則一個進(jìn)距內(nèi)的材料利用率為 3 1 10 BhnA 式中 A 沖裁件面積 包括沖出小孔在內(nèi) mm 2 n 一個步距內(nèi)的沖件 數(shù)目 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 8 B 條料寬度 mm s 步距 mm 計算可得 74 5 由此可得圖 3 的排樣還算合理 材料利用率較高 3 2 沖壓力的計算 該模具采用連續(xù)模 擬選彈性卸料 下出件的方式 沖壓力的相關(guān)計算如下 落料沖裁 落料沖裁力 F K 1 3 L 320 5mm 255Mpa F KLt 1 3 320 5 2 0 255 212492N 卸料力 0 04 xxK F 0 04 212492 8500NF 推件力 Ft n 3 0 055t Ft n F 3 0 055 212492 35061Nt 沖孔沖裁 沖 8 的孔沖裁力 K 1 3 L 25 12mm 255Mpa1F 1 3 25 12 255 8327N1 沖兩個 6 的孔沖裁力 K 1 3 L 18 84mm 255Mpa2 2 1 3 18 84 255 12491N 2F 沖 異形孔沖裁力 K 1 3 L 30 28mm 255Mpa3 1 3 30 28 225 10038N 沖壓工藝總力 zF F 212492 35061 8500 8327 12491 10038tx123 286909N 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 9 3 3 壓力中心的確定及相關(guān)計算 為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作 應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相 重合 否則沖壓時滑塊就會承受偏心載荷 導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常的磨 損 還會是合理間隙 得不到保證 從而影響制件質(zhì)量和模具的使用壽命甚至損壞 壓 力中心確定的具體步驟 1 選定坐標(biāo)軸 x 和 y 如圖 3 2 所示 2 將圖形的輪廓線劃分為 段線段 利用 CAD 軟件求出線段 的長度 1L2 1L2 3 確定各線段的重心位置 和 1x21y2 4 按下面公式 3 1 求出壓力中心的坐標(biāo)值 0 xy 圖 3 2 凹模型口圖 壓力中心計算公式 3 1 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 10 表 3 1 壓力中心數(shù)據(jù)表 基本長度 L mm 各要素壓力中心坐標(biāo)值 X 各要素壓力中心坐標(biāo)值 Y L1 3 1 5 64 6 L2 2 3 65 6 L3 12 6 66 6 L4 2 9 65 6 L5 3 16 5 64 6 L6 95 46 0 16 7 L7 95 46 12 16 7 L8 3 27 1 63 30 30 L9 17 39 36 3 27 L10 3 58 4 75 48 68 L11 22 5 34 61 78 L12 22 16 73 69 86 L13 11 2 22 12 45 13 L14 17 17 63 36 86 L15 1 17 5 30 86 L16 18 18 42 56 59 86 L17 18 18 34 2 18 5 L18 4 32 10 4 16 2 L19 6 21 31 54 2 55 L20 6 21 36 86 2 55 L21 3 45 2 22 34 2 經(jīng)計算得模具的壓力中心 C 7 83 3 16 由以上結(jié)果可以看出 該工件的沖裁 力不大 壓力中心偏移坐標(biāo)原點較小 為了便于模具的加工和裝配 模具中心仍需按 原點 且該點在壓力機(jī)模柄投影面積范圍內(nèi) 符合要求 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 11 3 4 工作零件刃口尺寸計算 該連續(xù)模分為沖孔和落料兩個工序 刃口的設(shè)計業(yè)分兩種方法 1 沖孔工序刃口尺寸的計算 凸 凹模間隙值的確定采用分別加工法 凸 凹模間隙對沖裁件斷面質(zhì)量 尺寸精度 模具壽命以及沖裁力 卸料力 推 件力等有較大的影響 所以應(yīng)選擇合理的間隙 沖裁間隙主要按制件質(zhì)量要求 根據(jù)經(jīng) 驗數(shù)字來采用 由 H62 黃銅 t 2 查 沖壓模具設(shè)計與制造 表 2 3 2 得 0 12mmminZ 0 16mmax 0 16 0 12 0 04mmmin 沖孔要沖 8 2 6 異形孔 1 沖 8 孔 沖孔的精度為 IT14 所以取 x 0 5 則凸凹模分別按 IT6 IT7 的精度制造加工 由 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 查得 0 009 0 015T A 則 09 09 0min 8 5 8 TxdT 1515i 2 AA 校核計算 即是 TaxZmin 0 009 0 015 0 024 0 04 滿足公差間隙的條件 2 沖 2 6 的孔 沖孔的精度為 IT14 所以取 x 0 5 則凸凹模分別按 IT6 IT7 的精度制造加工 由 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 查得 0 008 0 012T A 則 08 08 0min 5 6 TxdT 1212i AA 校核計算 即是 TaxZmin 0 008 0 012 0 02 0 04 滿足公差間隙的條件 3 沖異形孔 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 12 由于異形孔可以看成是 4 4 與 6 4 的兩孔的連心距為圓孔和兩條外公切線組 成的圖形 即求出沖兩孔的刃口尺寸即可 沖孔 4 4 的精度為 IT14 所以取 x 0 5 則凸凹模分別按 IT6 IT7 的精度制造 加工 由 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 查得 0 008 0 012T A 則 08 08 0min 4 5 4 TxdT 1212i 5 AA 校核計算 即是 TaxZmin 0 008 0 012 0 02 0 04 滿足公差間隙的條件 沖孔 6 4 的精度為 IT14 所以取 x 0 5 則凸凹模分別按 IT6 IT7 的精度制造 加工 由 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) 查得 0 009 0 015T A 則 09 09 0min 46 5 46 TxdT 1515i 22 AA 校核計算 即是 TaxZmin 0 009 0 015 0 023 0 04 滿足公差間隙的條件 4 孔距 孔邊尺寸 8 孔與邊的距離 mLd 05 1 2 15 081 8 孔與 6 孔與的距離 d 7 72 異形孔與最近的 6 孔的距離 mLd 038 512 0125 813 異形孔兩圓弧中心的距離 d 6 4 064 接觸片頭部的 6 孔的定位尺寸 mLd 04 1 215 85 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 13 mLd 015 72 015 786 落料工序的刃口尺寸的計算 落料工序刃口的計算采用配做法 如圖下圖 3 2 所示的落料件 以凹模為基準(zhǔn)件 只需要計算凹模的刃口尺寸及制造公差 凸模刃口尺寸由凹模實際尺寸按間隙要求配 置 圖 3 2 落料件 由上步查得 0 12mmminZ 0 16mmax 0 16 0 12 0 04mmmin 由 沖壓模具設(shè)計大典 查得工件各尺寸的公差等級然后確定 x 對于尺寸 12m 選 x 1 尺寸 5mm 20mm x 0 5 其它的尺寸均選 x 0 75 1 02 落料凹模的基本尺寸計算如下 第一類尺寸 磨損后增大的尺寸 ma04 16 048 12 凹b3 5 78 凹d 015 06 497 59 凹i 3 12 0 凹j 026 9 4 2 凹 mn 1 8 013 凹 第二類尺寸 磨損后減小的尺寸m043 17 025 凹 第三類尺寸 磨損后基本不變的尺寸c 6 95 1 12 凹 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 14 me 025 1 32 015 2 075 3 凹f 9861 凹g 4 4 2 凹h6 凹 mk 025 92 015 05 凹 落料的凸模的基本尺寸與凹模相同 分別是 1 84mm 17 85mm 94 45mm 21 88mm 21 96mm 12 64mm 11 17mm 1 95mm 3 12mm 16 88m m 1 90mm 19 92mm 4 9mm 不必標(biāo)注公差 但要在技術(shù)條件中注明 凸模實際刃口尺寸 與落料凹模配置 保證最小雙面合理間隙 0 12mm 落料凹模 凸模的尺寸分別如minZ 圖 3 3 3 4 所示 圖 3 3 落料凹模尺寸 圖 3 4 落料凸模尺寸 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 15 3 5 推件彈簧的設(shè)計 彈簧屬標(biāo)準(zhǔn)件 在模具中應(yīng)用最多的是圓柱螺旋壓縮彈簧和碟形彈簧 彈簧選用 的原則 a 所選彈簧必須滿足預(yù)壓力的要求 nFx 0 式中 彈簧預(yù)壓狀態(tài)的壓力 N 0F 卸料力 N x n 彈簧的數(shù)量 b 所選彈簧必須滿足最多許可壓縮量的要求 H 2 0H 式中 彈簧的最大許可壓縮量 mm 2 彈簧的實際壓縮總量 mm 彈簧預(yù)壓縮量 mm 0H 卸料板的工作行程 mm 一般取 t 1 t 為板厚度 H 凸模的刃磨量和調(diào)整量 一般取 5 10mm 所以根據(jù)模具的安裝位置和選擇四導(dǎo)柱模架 可選 4 個彈簧則每個彈簧的預(yù)壓力 為 NnFx215 80 0 查有關(guān)彈簧的規(guī)格 初選彈簧規(guī)格為 TF 30 16 35 經(jīng)驗證 所選彈簧符合要求 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 16 第 4 章 模具的總體設(shè)計 1 定位方式的選擇 應(yīng)為該模具采用的是條料 控制條料的送進(jìn)方式采用導(dǎo)料板 無側(cè)壓裝置 控制 條料送進(jìn)步距采用擋料銷初定距 導(dǎo)正銷精定距 而第一件的沖壓位置應(yīng)為條料的長 度有余量 可以靠操作工目測而定 2 卸料和出件方式的選擇 應(yīng)為工件料厚味 2mm 經(jīng)計算卸料力也不大 故可以采用彈性卸料方式 出件方式 應(yīng)為是級進(jìn)模生產(chǎn) 所以可以采用下出件比較便于操作與提高生產(chǎn)效率 3 導(dǎo)向方式的選擇 為了便于提高模具的使用壽命和工件的精度質(zhì)量 該級進(jìn)模采用四導(dǎo)柱的導(dǎo)向方 式 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 17 第 5 章 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 落料凸模 結(jié)合工件的外形并考慮加工 將落料凸模設(shè)計成直通式 并采用線切割機(jī)床加 工 3 個 M8 螺釘固定在凸模墊板上 并與凸模固定板的配合按間隙配合 H6 m5 其總 長 可按公式計算 20 14 2 28 64mm htL21 具體結(jié)構(gòu)如圖 5 1 所示 結(jié)構(gòu)如圖 5 1 所示 圖 5 1 落料凸模 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 18 2 沖孔凸模 沖圓形孔 8 的孔和兩個 6 的孔 且孔都是不需要特別保護(hù)的小凸模 所以所 沖孔凸模采用臺階式 一方面加工簡單 一方面有便于裝配和更換 其中沖 8 的凸 模結(jié)構(gòu)如 5 2 所示 圖 5 2 8 沖孔凸模 沖兩個 6 的孔凸模的結(jié)構(gòu)如下圖 5 3 所示 圖 5 3 6 沖孔凸模 沖異形孔凸模的結(jié)構(gòu) 為了便于加工和安裝 采用線切割機(jī)加工 用一個 M6 的螺 釘固定在墊板上 與凸模固定板的配合按 H6 m5 總長為 64mm 具體的結(jié)構(gòu)如下圖 5 4 所示 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 19 圖 5 4 異形孔凸模 3 凹模的設(shè)計 凹模采用整體設(shè)計 各沖裁的凹模孔均采用線切割加工機(jī)床加工 安排凹模在模 架上的位置 要依據(jù)計算壓力中心的數(shù)據(jù) 將壓力中心與模柄大概重合 查沖壓模具 設(shè)計大典的凹模的相關(guān)計算 凹模的厚度 H kb 0 35 96 33 6mm 凹模的壁厚 c 1 5 2 H 50 4 66 8mm 取凹模的厚度 H 38mm 凹模壁厚 53mm 凹模的寬度 L b 2c 136 2 10 mm 156mm 凹模的長度 B 取 72mm 送料方向 凹模輪廓尺寸為 158mm 72mm 38mm 結(jié)構(gòu)如下圖 5 5 所示 圖 5 5凹模零件圖 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 20 2 定位零件的設(shè)計 落料凹模下部設(shè)置兩個導(dǎo)正銷 分別借用工件上 8 mm 和靠近異形孔的 mm 6 兩個孔作為導(dǎo)正孔 8 mm 6mm 導(dǎo)正銷導(dǎo)正孔的導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)分別如圖 5 6 5 7 所示導(dǎo)正應(yīng)在卸料板壓緊之前完成導(dǎo)正 考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模的 端面 1mm 所以導(dǎo)正銷直線部分的長度為 1 8mm 導(dǎo)正銷采用 H7 r6 安裝在落料凸模端 面 導(dǎo)正銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用 H7 h6 配合 圖 5 6 8 mm 導(dǎo)正銷 圖 5 7 6 mm 導(dǎo)正銷 4 導(dǎo)料板 卸料部件的設(shè)計 導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸 外側(cè)與凹模平齊 導(dǎo)料板與條料間的間隙取 1mm 這樣 就可以確定導(dǎo)料板的寬度 導(dǎo)料板的厚度按模具設(shè)計大典上表查得擋料銷的高度 h 3mm 導(dǎo) 料板的厚度 H 6mm 導(dǎo)料板采用 45 鋼制作 熱處理的硬度 40 45HRC 卸料板的設(shè)計 卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同 厚度為 16mm 卸料板 采用 45 鋼制作 淬火硬度 40 45HRC 螺釘?shù)倪x用設(shè)置四個卸料螺釘 公稱直徑為 12mm 螺紋部分為 M10 10mm 卸料螺釘擰緊后應(yīng)使卸料板超出凸模端面 1mm 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 21 5 模架及其他零部件的設(shè)計 該模具采用四導(dǎo)柱模架 導(dǎo)向精度比較高 沖壓時可以防止由于偏心力矩而引起 的模具歪斜 以凹模的周界尺寸為依據(jù)選擇模架 圖 5 8 模架示意圖 表 5 1 標(biāo)準(zhǔn)模架截表 查表得模架選擇 200 160 160 220 GB T 2851 7 90 導(dǎo)柱選擇 28 170 導(dǎo)套選擇 28 100 38 上模座厚度 取 40mm 上模墊板的厚度 取 20mm 固定板的厚度 25mm 下模座上 模H墊H 的厚度 取 45mm 那么模具的閉合高度 下 模 mh190 4536104 L2 下 模墊上 模閉 式中 L 凸模的長度 L 64mm H 凹模的厚度 H 35mm 凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 2mm 2h 2h 可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī)的最大裝模高度 設(shè)計合理 可以使用 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 22 第 6 章 模具總裝圖 通過以上的設(shè)計 可得到 6 1 所示的模具總裝圖 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 23 圖 6 1 模具總裝圖 第 7 章 模具零件的加工工藝 7 1 凸模大型芯工藝規(guī)程 7 1 1 零件的工藝分析 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 24 從零件圖可知我們所加工的工件為軸桿類零件 對于外圓柱面 我們可以采用車削加 工 而精加工我們可以采用磨削的方式進(jìn)行加工 切斷的話 我們可以用線切割切斷 以保證其加工精度 7 1 2 毛坯選擇 采用自由鍛造的棒料 鍛造毛坯需經(jīng)過退火或正火處理后才可以使用 7 1 3 技術(shù)要求 1 保證加工的尺寸精度 2 保證形狀和位置精度 端面應(yīng)該平行 凸模的端面應(yīng)該與中心線垂直 3 表面光潔 凸模零件成型的面表面粗糙度 Ra 為 0 8um 其余表面 Ra 為 3 2um 4 凸模工作部分要有較高的硬度 耐磨性 及良好的韌性 凸模工作部分表面硬度打 58 62HRC 工作部分采用局部淬火哦 7 1 4 熱處理 1 凸模毛坯在加工前 采用退火熱處理 其目的是消除內(nèi)應(yīng)力 降低硬度 改善機(jī)械加 工性能 為最終熱處理做準(zhǔn)備 2 凸模零件的最終熱處理是在精加工前進(jìn)行淬火 低溫回火 以提高其硬度和耐磨性 產(chǎn)品型 號 零件 圖號 Xing01機(jī)械加 工工藝 過程卡 片 產(chǎn)品名 稱 零件 名稱 凸模小 型芯 共 1 頁 第 1 頁 材料 牌號 毛 坯 種 類 自 由 鍛 棒 料 毛坯外 形尺寸 15X65 mm 每件 毛坯 數(shù) 毛 坯 單 重 凈 重 工序號 工序名 稱 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 加工 設(shè)備 備注 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 25 0 生產(chǎn)準(zhǔn) 備 領(lǐng)料 15X65mm 圓棒料 5 車削 1 車端面 打中 心孔 棒料外圓 臥式 車床 10 車削 粗車外圓留精加 工余量 0 3mm 中心孔 臥式 車床 15 熱處理 熱處理淬火 低 溫回火 58 62HRC 20 精磨 磨外圓 使其成 型表面的粗糙度 達(dá)到 Ra0 8um 中心孔 臥式 磨床 25 線切割 去除小端中心孔 并切斷 線切 割機(jī) 30 檢驗 7 2 落料凹模加工工藝規(guī)程 7 2 1 零件的工藝分析 從零件圖可知我們所加工的工件為箱體類零件 對于工件形狀 我們可以采用銑削加 工的形式加工出來 而精加工我們可以采用線切割的方式進(jìn)行加工 7 2 2 毛坯選擇 采用自由鍛造的棒料 鍛造毛坯需經(jīng)過退火或正火處理后才可以使用 7 2 3 技術(shù)要求 1 保證加工的尺寸精度 2 保證形狀和位置精度 端面應(yīng)該平行 凸模的端面應(yīng)該與中心線垂直 3 表面光潔 凸模零件成型的面表面粗糙度 Ra 為 0 8um 其余表面 Ra 為 3 2um 4 凸模工作部分要有較高的硬度 耐磨性 及良好的韌性 凸模工作部分表面硬度打 58 62HRC 工作部分采用局部淬火哦 7 2 4 熱處理 1 凸模毛坯在加工前 采用退火熱處理 其目的是消除內(nèi)應(yīng)力 降低硬度 改善機(jī)械加 工性能 為最終熱處理做準(zhǔn)備 2 凸模零件的最終熱處理是在精加工前進(jìn)行淬火 低溫回火 以提高其硬度和耐磨性 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 26 產(chǎn)品型 號 零件 圖號 luoliao01機(jī)械加 工工藝 過程卡 片 產(chǎn)品名 稱 零件 名稱 落料凹模 共 1 頁 第 1 頁 材料 毛 自 毛坯外 160X75X40mm 每件 毛 凈 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 27 牌號 坯 種 類 由 鍛 棒 料 形尺寸 毛坯 數(shù) 坯 單 重 重 工序號 工序名 稱 工序內(nèi)容 定位基準(zhǔn) 加工 設(shè)備 備注 0 生產(chǎn)準(zhǔn) 備 領(lǐng)料 160X75X40mm 長方體料 5 銑削 1 銑端面 立式 銑床 10 銑削 粗銑工件形狀 留精 加工余量 0 3mm 數(shù)控 銑床 15 熱處理 熱處理淬火 低溫回 火 58 62HRC 20 線切割 線切割 使其成型表 面的粗糙度達(dá)到 Ra0 8um 線切 割機(jī) 25 精磨 使其高度符合設(shè)計要 求 磨床 30 檢驗 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 28 第 8 章裝配工藝的設(shè)計 裝配圖出來了 之后我們就要進(jìn)行裝配工藝設(shè)計 合理的裝配方法 一般有以下 幾種裝配方法 1 合理的裝配方法 1 直接裝配法 這種裝配方法簡單 耗時少 便于零件的互換 它適用于大批 量的生產(chǎn)工程中 對于多工位級進(jìn)模效果尤為顯著 2 配做裝配法 相對應(yīng)直接裝配法而言 這種方法則就依賴模具鉗工的操作技能 和實踐水平保證模具裝配精度的方法 不僅耗時較多 而且對鉗工的水平要求較高 綜上所述 根據(jù)級進(jìn)模的裝配要點 覺得選用直接裝配法 3 合理的裝配順序 級進(jìn)模裝配可以采用凹模作為裝配基準(zhǔn) 所以根據(jù)零件的批 量 模具結(jié)構(gòu)的要求 設(shè)計中采用以凹模為基準(zhǔn)件的直接裝配法 以凹模為基準(zhǔn) 先 裝下模 后裝上模 并調(diào)整間隙 試沖 返修 并根據(jù)試模后的產(chǎn)品再做相應(yīng)的調(diào)整 直到做成符合要求的制品 2 技術(shù)要求 裝配的技術(shù)要求直接影響到模具的精度和使用壽命 模具裝配的技術(shù)要求主要包 括 模具的尺寸 安裝尺寸和體裝配精度兩大方面 如凸凹模的安裝技術(shù)要求有 1 模外露出部分的銳角應(yīng)倒鈍 安裝面應(yīng)光滑平整螺釘 銷釘?shù)阮^部不能高出安 裝基準(zhǔn)面 并無明顯毛刺與擊傷等痕跡 2 模具的閉合高度 安裝在壓力機(jī)是的各部分配合尺寸要合理 應(yīng)符合選用設(shè)備 的規(guī)格要求 3 裝配好的模具應(yīng)該有模具編號與零件產(chǎn)品圖號 大小沖模應(yīng)設(shè)有起吊孔 4 裝配后 應(yīng)該保證個零件間相對位置的精度 5 模具的所有活動部位 應(yīng)保證位置準(zhǔn)確 間隙適當(dāng)?shù)脑瓌t 運(yùn)動可靠 運(yùn)動平 穩(wěn) 6 模具的緊固零件 應(yīng)保證緊固和牢靠 不得出現(xiàn)松動和脫落 7 所選用的模架應(yīng)該滿足制件所需的技術(shù)要求 8 坯料在沖壓過程中定位要準(zhǔn)確 可靠 安全 9 各凸模應(yīng)垂直于固定板安裝基面 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 29 總結(jié) 通過三個多月對接觸片級進(jìn)模的設(shè)計 我級進(jìn)模的設(shè)計方法與流程有了一個比 較全面的了解 在這個不斷設(shè)計 學(xué)習(xí) 再設(shè)計的反復(fù)操作過程中 我們潛移默化 地學(xué)習(xí)到了一種科學(xué)的設(shè)計思路和方法 這對我們以后的工作態(tài)度和方法將產(chǎn)生積 極的影響 特別是在利用現(xiàn)代化的設(shè)計上 我有了很多的自己的設(shè)計思想 在設(shè)計的過程中 遇到了很多的問題 尤其是在沖壓工藝的設(shè)計 卸料機(jī)構(gòu)的 設(shè)計以及成型零件的計算等方面 費了很多周折 也走了很多彎路 而在裝配圖的 繪制中 又遇到了前面設(shè)計上的很多結(jié)構(gòu)錯誤 對細(xì)節(jié)的反復(fù)修改較多 經(jīng)過很長 時間的思考和查閱資料 才成功地完成了本套模具的設(shè)計過程 當(dāng)然 本模具的設(shè)計也存在了很多的問題 在實際中也許并沒有辦法正常運(yùn)作 畢竟是在學(xué)校做畢業(yè)設(shè)計 難免會存在各種各樣的問題 在模具的設(shè)計過程中 很多時候都是依靠同學(xué)們的幫助和老師的指導(dǎo) 才能順 利地繼續(xù)往下設(shè)計 在這里要感謝同學(xué)的幫助 也向各位指導(dǎo)老師表示衷心的感謝 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 論文 30 參 考 文 獻(xiàn) 1 鄭 家 賢 沖 壓 模 具 設(shè) 計 手 冊 北 京 化 工 業(yè) 出 版 社 2007 6 2 陳 言 秋 沖 壓 模 具 設(shè) 計 要 點 與 圖 例 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 1999 7 3 陳 孝 康 陳 炎 嗣 周 興 隆 實 用 模 具 技 術(shù) 手 冊 中 國 輕 工 業(yè) 出 版 社 2001 1 4 周 炳 堯 模 具 設(shè) 計 與 制 造 簡 明 手 冊 上 海 科 學(xué) 技 術(shù) 出 版 社 1996 6 5 廖 念 釗 互 換 性 與 技 術(shù) 測 量 中 國 計 量 出 版 社 1991 10 6 中 國 機(jī) 械 工 業(yè) 協(xié) 會 熱 處 理 分 會 熱 處 理 工 程 師 手 冊 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 1999 5 7 黃 圣 杰 PRO EGNGINEER3 0 高 級 開 發(fā) 實 例 電 子 工 業(yè) 出 版 社 2002 2 8 嚴(yán) 烈 PRO ENGINEER2000iNC 加 工 實 例 寶 典 冶 金 工 業(yè) 出 版 社 2001 6 9 林 清 安 PRO ENGINEER 2 0 模 具 設(shè) 計 北 京 大 學(xué) 出 版 社 2001 8 10 林 清 安 PRO ENGINEER 2 0 零 件 設(shè) 計 實 務(wù) 北 京 大 學(xué) 出 版 社 2001 4 11 鐘 建 琳 PRO ENGINEER 3 0 零 件 造 型 實 用 教 程 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 2001 10 12 林 程 吳 志 成 張 紅 PRO ENGINEER 2 0 范 例 教 程 2000 12 13 柳 迎 春 PRO ENGINEER3 0 曲 面 設(shè) 計 北 京 大 學(xué) 出 版 社 2002 1 致謝 經(jīng)過三個月的畢業(yè)設(shè)計忙碌之后 設(shè)計最終完成 心理有一種說不出的輕松 設(shè)計過程中遇到 許多的問題 在眾多師友的幫助下予以解決 首先要感謝胡冠昱老師對我的指導(dǎo)和督促 胡老師給 我指出了正確的設(shè)計方向 使我加深了對知識的理解 同時也避免了在設(shè)計過程中少走彎路 老師 的督促使我一直把畢業(yè)設(shè)計放在心理 保證按質(zhì)按量的完成 要感謝宿舍同學(xué) 是大家營造了良好 的學(xué)習(xí)環(huán)境 在做設(shè)計的過程中互幫互助 使我的 CAD 和 PRO E 操作水平比以前有了很大提高 同時較全面的掌握了 Word 的編輯功能 還要感謝那些把借閱證讓我借書的同學(xué) 使得我查閱資料 非常方便 還要感謝丁少坤同學(xué)在我最需要電腦的時候給我提供電腦 使我能夠按時完成畢業(yè)設(shè)計 大學(xué)生活至此劃上了圓滿的句號 在長沙大學(xué)大學(xué)這塊土地上有眾多莘莘學(xué)子辛勤的耕耘 在 這塊土地上我健康快樂的成長 我永遠(yuǎn)不會忘記可親的同學(xué) 我永遠(yuǎn)記得這片土地 設(shè)計用紙 第 0 頁 共 23 頁 在沖壓過程模擬 產(chǎn)品和工藝設(shè)計最新應(yīng)用 摘 要 工藝產(chǎn)品和工藝設(shè)計仿真都是目前正在實行產(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)行一項有關(guān)沖壓 模擬能力評估預(yù)測的特點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)計階段 成形性及預(yù)測來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計 2 在模具設(shè)計的 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 Int l 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 因為它可以處理的 實際沖壓中的大多數(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) 因為它只需零件幾何形狀復(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 設(shè)計用紙 第 1 頁 共 23 頁 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)計過程 包括決策的 許多階段 的設(shè)計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)計過程列在圖 1 中 在這個設(shè)計過程中 經(jīng)驗豐富的產(chǎn)品 設(shè)計人員會使用一個稱為一步有限元法的專門設(shè)計的軟件來估計其設(shè)計成形性 這將使產(chǎn)品的設(shè)計者在確定設(shè)計路線之前 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 因為它不需要粘結(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)計階段 一步法有限 元法也很容易掌握 計算速度快 這使得設(shè)計人員能夠發(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)計過程 一旦產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計和經(jīng)過驗證 開發(fā)項目將進(jìn)入 零時間 階段 并傳遞 到模具設(shè)計階段 模具設(shè)計人員會確認(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計 并進(jìn)行必要的設(shè)計變更 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)計分析 因為它確實需要粘合劑 附錄 以及 已知的模具設(shè)計或渴望被人知道的過程 驗證制造模具的設(shè)計后就會直接進(jìn)入了艱苦的生產(chǎn)加工和被驗證階段 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 設(shè)計用紙 第 2 頁 共 23 頁 證 重新設(shè)計和成型 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 再制造所用的時間應(yīng)該超過彌補(bǔ)進(jìn)行數(shù)值驗證 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 實驗室 1 對設(shè)計過程的三個獨立階段研究進(jìn)行了研究 將會在下一節(jié)描述產(chǎn)品的設(shè)計階段 其中一個步驟是有限元程序 FAST FORM3D 成型技術(shù) 的驗證 作為實驗室和工業(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)計階段 其中一個實際的工業(yè)平 板是用來驗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 在實驗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 這項調(diào)查的目的是為了驗證 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)計過程中是怎么實施的 成型 設(shè)計用紙 第 3 頁 共 23 頁 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)點和元素 直至達(dá)到最低能量 狀態(tài) 這個過程是計算速度比就像是 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 為了驗證 FAST FORM3D 我們比較分析其與毛坯形狀預(yù)測預(yù)報方法的毛 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 驗證 表 1 為 FAST FORM3D 矩形驗證過程中使用參數(shù) 設(shè)計用紙 第 4 頁 共 23 頁 圖 4 使用手工計算毛坯長方形盤的外形設(shè)計 一 Romanovski 的經(jīng)驗方法 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 空白形狀同意在角落里地區(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 FAST 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)計的一個最優(yōu)幾何 FAST FORM3D 空白的實驗裝置 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 設(shè)計用紙 第 5 頁 共 23 頁 圖 7 儀器 FAST FORM3D 模擬結(jié)果包括最終驗證 一 FAST FORM3D 成形性能的比較 二 預(yù)測與實驗的毛坯形狀比較 接下來 我們模擬了沖壓的毛坯和 FAST FORM3D 使用 Pam Stamp 實驗 毛坯 我們通過比較兩者的計算機(jī)輔助設(shè)計 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 總之 FAST FORM3D 在預(yù)測的實驗室和工業(yè)部件的最佳形狀成功的毛坯 這表明 FAST FORM3D 可以成功地用于評估產(chǎn)品設(shè)計成形性的問題 在儀器的覆蓋情 況下 審判和錯誤實驗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 和實驗儀器的零件形狀 一 實驗開發(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驗實驗室死亡 同時保 持該小組的主要特征 在實驗進(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 在實驗中使用三壓邊力分別是 10 30 50 噸 以確定其效果 每個模擬實驗條件進(jìn)行了增量在 ERC NSM 使用 PAM Stemp 設(shè)計用紙 第 6 頁 共 23 頁 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)生起皺的實驗部分 如圖 11 所示 在 30 噸條件下發(fā) 生皺紋被淘汰 如圖 12 所示 對這些實驗結(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 皺褶實驗室機(jī)艙內(nèi)板 壓邊力 10 噸 設(shè)計用紙 第 7 頁 共 23 頁 圖 12 壓邊力 30 噸機(jī)艙內(nèi)的實驗室和頸縮變形階段 一 實驗毛坯 二 實驗小組 形成了 60 三 實驗小組 完全形成 四 實驗小組 縮頸細(xì)節(jié) 圖 13 預(yù)測和在實驗室客艙內(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 在實驗室內(nèi)艙預(yù)測與實測比較所得出的結(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 設(shè)計用紙 第 8 頁 共 23 頁 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)的實驗室試驗應(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)的實驗室應(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 實驗室內(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)測了在實驗條件下每 一株測量系統(tǒng)實驗觀測結(jié)果 這表明 PAM Stemp 可以用來評估成形模具設(shè) 計相關(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 以確定這些 設(shè)計用紙 第 9 頁 共 23 頁 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)度拉伸試驗數(shù)據(jù) 設(shè)計用紙 第 10 頁 共 23 頁 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 鋼的實驗條件進(jìn)行了模擬使用的 PAM Stemp 增量代碼 斷裂 皺紋的例子 和良好的實驗室杯圖 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 設(shè)計用紙 第 11 頁 共 23 頁 圖 21 模擬實驗和圓頂杯 一 實驗好杯 b 實驗裂隙杯 三 實驗皺杯 四 模擬皺杯 對深沖性能進(jìn)行了實驗研究限制使用固定壓邊力 這項研究的結(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)行了比較實驗圖 22 模擬圖 23 這兩個模擬和實驗的結(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驗 圖 23 時間變量對 AKDQ 鋼圓頂杯壓邊力變化的模擬實驗 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驗 可知 適當(dāng)?shù)念l率范圍是從 5 到 25 赫茲 AKDQ 從模擬和實驗載荷行程曲線 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 設(shè)計用紙 第 12 頁 共 23 頁 圖 24 KDQ 穹頂鋼杯的比較實驗與模擬負(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)計過程中 涉及消除了軟 模具相結(jié)合的產(chǎn)品和工藝驗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施以提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝的魯棒性組成 三個獨立的調(diào)查分析 總結(jié)其在設(shè)計過程的各個階段 首先 產(chǎn)品設(shè)計階 段進(jìn)行了調(diào)查與實驗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)計成形性問題所涉及的工業(yè)驗證 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 審判和錯誤實驗多小時可能 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)計階段進(jìn)行了調(diào)查實驗室和增量代碼的 PAM Stemp 系統(tǒng)的 工業(yè)驗證和評估的能力 形成與模具設(shè)計有關(guān)的問題 這項調(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 下的實驗測量系統(tǒng) 最后 工藝設(shè)計階段的調(diào)查 對質(zhì)量可與壓邊力控制技術(shù)的實現(xiàn)實現(xiàn)改善 的實驗研究 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 可以預(yù)計 深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng) 此外 在實驗測量 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 設(shè)計用紙 第 13 頁 共 23 頁 材料等一系列優(yōu)點 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 現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè) 現(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 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) 設(shè)計用紙 第 14 頁 共 23 頁 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)計多憑經(jīng)驗 參考已有圖紙和感性認(rèn)識 對所設(shè)計模具零件的機(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算機(jī)輔助設(shè)計 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) 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 計算機(jī)也逐步進(jìn)入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域 包括設(shè) 計 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)計的最根本點是必須確立模具 零件標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 要擺脫過去以人的思考判斷和實際經(jīng)驗為中心所組成的 設(shè)計方法 就必須把過去的經(jīng)驗和思考方法 進(jìn)行系列化 數(shù)值化 數(shù)式化 作為設(shè)計準(zhǔn)則儲存到計算機(jī)中 因為模具構(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)計提供軟件 如日本某公司的 設(shè)計用紙 第 15 頁 共 23 頁 CDM 系統(tǒng)用于級進(jìn)模設(shè)計與制造 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 CAD CAM 系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具 目前 在實體件的掃描 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 計算機(jī)仿真 CAE 技術(shù)也取得了一定成果 在高層次上 CAD CAM CAE 集成的 即數(shù)據(jù)是 統(tǒng)一的 可以互相直接傳輸信息 實現(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 設(shè)計用紙 第 16 頁 共 23 頁 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 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 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 3 5um 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 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 設(shè)計用紙 第 17 頁 共 23 頁 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)計模具方面 僅有 約 10 的模具在設(shè)計中采用了 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)計和分析計算方面 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 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 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 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 缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù) 規(guī)格品種較少 大型模具和特種模具 設(shè)計用紙 第 18 頁 共 23 頁 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 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 干模具的不如干模具標(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?，F(xiàn)象存在 設(shè)計用紙 第 19 頁 共 23 頁 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 以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享 從而支持模具設(shè)計 制造 裝 配 檢驗 測試及生產(chǎn)管理的全過程 達(dá)到實現(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 實體幾何造型 復(fù)雜形體工程制圖 工業(yè)設(shè)計高級渲染 塑料模設(shè)計專家系統(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 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求 模 具設(shè)計 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 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)計軟件 可進(jìn) 行交互式 3D 型腔 型芯設(shè)計 模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實感流動模擬軟件 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 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 敏捷制造技 設(shè)計用紙 第 20 頁 共 23 頁 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 現(xiàn)在精密模具 的精度已達(dá) 2 3 m 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) 3250mm 3250mm 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 從而實現(xiàn)了從測量 實物 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 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 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 5 10 倍 及可加 工硬材料 60HRC 等諸多優(yōu)點 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) 8 m 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) 2500mm 5000mm 1800mm 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 設(shè)計用紙 第 21 頁 共 23 頁 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 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) 主要有干砂實型鑄造 負(fù)壓實型鑄造 樹脂砂實型 鑄造及失蠟精鑄等技術(shù) 8 其他方面技術(shù) 如采用氮氣彈簧壓邊 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 設(shè)計用紙 第 22 頁 共 23 頁 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 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) 特點的柔性制造技術(shù) 創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán)隊精神 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)計與制造等