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學(xué)校代碼 10410 序 號 20105016 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題目 封閉板沖模設(shè)計 學(xué) 院 工 學(xué) 院 姓 名 趙亞芳 學(xué) 號 20105016 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械制造及其自動化 年 級 2010 級 指導(dǎo)教師 樊十全 二 O 一四 年 五 月 1 摘要 隨著全球經(jīng)濟一體化的深入 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中所發(fā)揮的作用越來越 明顯 模具設(shè)計水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率 設(shè)計本模具是為了制造某車型中一個支柱端頭的封閉板 設(shè)計中分析了封 閉板零件的結(jié)構(gòu)及工藝性 擬訂該零件的沖壓工藝為 落料 雙向彎曲 翻 邊成形 討論了復(fù)雜彎曲 翻邊 零件毛坯展開形狀和尺寸的確定方法 設(shè)計了落料模和雙向彎曲 翻邊 成形模 對關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計作了詳細闡 述 并指出了模具設(shè)計時的注意事項 其中 雙向彎曲成形模是本設(shè)計的重點 將雙向彎曲 翻邊 成形集中于一套模具中 使得沖件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高 滿足了生產(chǎn)需要 由于模具設(shè)計是一種經(jīng)驗性較強的設(shè)計 經(jīng)過長期發(fā)展積累了大量豐富的 沖壓工藝技術(shù)資料 在設(shè)計這兩套模具時必然要借鑒這些經(jīng)驗數(shù)據(jù) 含括了落 料模 彎曲模 拉深模中常用的工藝數(shù)據(jù)以及模具材料的選取和壓力機基本參 數(shù)等等 關(guān)鍵詞 沖壓工藝 毛坯展開 雙向彎曲成形模 CAD 2 目錄 摘要 1 目錄 2 1 緒論 1 1 1 選題的依據(jù)及課題的意義 1 1 2 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 1 1 3 國內(nèi)外關(guān)于該論題的研究現(xiàn)狀 2 1 4 結(jié)論 3 2 模具設(shè)計程序及步驟 3 2 1 零件的工藝性分析 3 2 1 1 結(jié)構(gòu)工藝性 3 2 1 2 精度 3 2 1 3 原材料 3 2 2 落料毛坯形狀和尺寸的確定 4 2 3 排樣和裁板 4 2 3 1 確定排樣方式并計算材料利用率 4 2 3 2 裁板 6 2 4 落料模結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 2 4 1 總體結(jié)構(gòu) 6 2 4 2 導(dǎo)向裝置 7 2 4 3 定位裝置 7 2 4 4 卸料裝置 7 2 5 落料模工藝計算 7 2 5 1 計算沖壓力 7 2 5 2 確定壓力中心 8 2 5 3 凸 凹模刃口尺寸及制造公差 9 2 6 工件零件的設(shè)計 10 2 6 1 凹模設(shè)計 10 2 6 2 凸模設(shè)計 11 2 7 卸料元件的設(shè)計 11 2 7 1 卸料橡膠的選用和設(shè)計 11 2 7 2 卸料螺釘?shù)脑O(shè)計 13 2 8 設(shè)計其它零件并校核壓力機 13 3 2 8 1 凹凸模固定板及模架的選用 14 2 8 2 校核壓力機 14 總結(jié) 15 參考文獻 16 封閉板沖模設(shè)計 1 1 緒論 1 1 選題的依據(jù)及課題的意義 隨著全球經(jīng)濟一體化的深入 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中所發(fā)揮的作用越來越 明顯 模具技術(shù)水平的高低 已成為衡量一個國家制造水平高低的重要標志 并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 模具設(shè)計是一種相對來講經(jīng)驗性較強的設(shè)計 設(shè)計人員在長期的工作中積 累的經(jīng)驗和知識對模具設(shè)計起著十分重要的影響 近年來 模具 CAD CAM 技術(shù) 已成功應(yīng)用于模具工業(yè) 有效提高了模具設(shè)計與制造水平 模具是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì) 高效 低耗 適應(yīng)性很強的生產(chǎn) 技術(shù) 或稱成型工具 成型工裝產(chǎn)品 是技術(shù)含量高 附加值高 使用廣泛的 新技術(shù)產(chǎn)品 是價值很高的社會財富 由于模具生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化 在現(xiàn)代工 業(yè)生產(chǎn)中 模具已廣泛應(yīng)用于電動機和電器產(chǎn)品 電子計算機產(chǎn)品 儀表 家 用電器產(chǎn)品與辦公設(shè)備 汽車 軍械 通用機械等產(chǎn)品的生產(chǎn)中 模具技術(shù)水 平的高低 已成為衡量一個國家制造水平高低的重要標志 并在很大程度上決 定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 為此本人選擇了 封閉板成型模 及沖壓工藝設(shè)計 作為畢業(yè)課題 1 2 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 目前 隨著汽車及輕工業(yè)的迅速發(fā)展 模具設(shè)計制造日益受到人們的廣泛 關(guān)注 已成為一個行業(yè) 將高新技術(shù)應(yīng)用于模具設(shè)計與制造 已成為快速制造 優(yōu)質(zhì)模具的有力保證 1 CAD DAE CAM 的廣泛應(yīng)用 顯示了用信息技術(shù)帶動 和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性 在歐美 CAD DAE CAM 已成為模具企業(yè)普遍應(yīng)用的 技術(shù) 在 CAD 的應(yīng)用方面 已經(jīng)超越了甩掉圖板 二維繪圖的初級階段 目前 3D 設(shè)計已達到了 70 89 PRO E UG CIMATRON 等軟件的應(yīng)用很普遍 2 為了縮短制造周期 提高市場競爭力 普遍采用高速切削加工技術(shù) 3 快速 成型技術(shù)與快速制模技術(shù)獲得普遍應(yīng)用 有 SLA SLS FDM LOM 等各種類型的 快速成型設(shè)備 國外工業(yè)先進國家都擁有上萬個模具企業(yè)與支持模具企業(yè)或為模具企業(yè)提 供生產(chǎn)裝備的企業(yè)相組成的強大的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ) 這是為適應(yīng)社會產(chǎn)品工業(yè)化規(guī)模 封閉板沖模設(shè)計 2 生 封閉板沖模設(shè)計 3 產(chǎn)的重要條件和特點 如汽車的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)需要一大批專業(yè)性模具企 業(yè)為其提供模具 同時根據(jù)汽車零件的生產(chǎn)技術(shù)要求 這些模具企業(yè)還配有相 應(yīng)的先進技術(shù)裝備 包括數(shù)控和計算機數(shù)控機床 CAD CAM 系統(tǒng) 以及各種工 藝裝備 模具的社會效益很高 是高技術(shù)含量的社會產(chǎn)品 其價值和價格主要取決 于模具材料 加工 外購件的勞動與消耗三項直接發(fā)生的費用和模具設(shè)計與試 模等技術(shù)費用 后者 是模具價值和市場價格的主要組成部分 其中一部分技 術(shù)價值計入了市場價格 而更大一部分價值 則是模具用戶和產(chǎn)品用戶受惠變 為社會效益 如電視機用模 其模具費用僅為電視機產(chǎn)品價格的 1 3000 1 5000 盡管模具的一次投資較大 但在大批量生產(chǎn)的每臺電視機的 成本中僅占極小的部分 甚至可以忽略不計 而實際上 很高的模具價值為社 會所擁有 變成了社會財富 所以設(shè)計本模具具有非常重要的現(xiàn)實意義 本模具設(shè)計是封閉板 該零件本身屬不對稱的異形件 單件沖壓時存在著 橫向不平衡力 影響模具壽命和沖壓質(zhì)量 將左 右件合在一套模具上一次沖 壓成形 就能消除橫向不平衡力 同時 也提高了沖件質(zhì)量和生產(chǎn)效率 據(jù)此 擬定該零件的沖壓工藝為一次成形 在使用 AutoCAD 進行模具設(shè)計時 可以方 便 快捷地調(diào)用工藝資料 達到了提高產(chǎn)品質(zhì)量 縮短周期 降低成本 增加 經(jīng)濟效益的目的 具有非常重要的現(xiàn)實意義 因此 模具廣泛應(yīng)用于汽車制造 業(yè) 有助于推動我國汽車行業(yè)的發(fā)展 由于本人水平有限 本論文中必然存在不少紕漏及錯誤之處 敬請評閱老 師批評指正 1 3 實驗方案 本課題要研究的是封閉板沖模設(shè)計 由于該零件相對比較簡單 且只有落料這個環(huán)節(jié) 因此可以采取直接落料 的工藝方法 在設(shè)計落料模之前 首先要確定落料毛坯形狀和尺寸 其中既有理論計 算 也涉及到定性地估算 最終通過實驗確定 該零件雖說是左右對稱件 但形狀卻是相同的 因此只需設(shè)計一副落料模即可 該模具采用下出料彈壓 卸料結(jié)構(gòu) 該模具每一個沖壓過程完成左 右各一件封閉板零件的成形加工 坯料 封閉板沖模設(shè)計 4 靠定位板定位 這樣不僅能消除橫向不平衡力 同時 也提高了沖件質(zhì)量和 生產(chǎn)效率 在選擇壓力機時 涉及到壓力中心的確定 擬訂采用一種基于 AutoCAD 中 工具 的壓力中心確定方法 快速直接 簡單方便 精度較高 1 4 結(jié)論 該零件雖說是左 右對稱件 合理安排沖壓工藝 仔細進行模具設(shè)計后 其加工過程并不復(fù)雜 通過該零件的沖壓工藝和模具設(shè)計可以看出 適當?shù)慕?jīng) 驗以及對沖件工藝性的改進也是必要的另外 合理安排沖壓工藝 并進行精心 地設(shè)計 可最大限度地滿足沖件質(zhì)量和生產(chǎn)的要求 在設(shè)計成形模時 要注意以下幾點 1 凹模采用整體結(jié)構(gòu) 內(nèi)孔由線切割加工 使左 右對稱性好 沖件質(zhì)量高 2 合理選擇上 下彈簧的彈力 保證模具順序動作 3 精確調(diào)整限位圈的高度 沖壓時靠其準確 快速控制模具的閉合高度 2 模具設(shè)計程序及步驟 2 1 零件的工藝性分析 2 1 1 結(jié)構(gòu)工藝性 該零件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜 且不對稱 無懸臂 凹槽寬度 可直接沖裁成形 又無其它要求 因此比較適合沖裁 2 1 2 精度 由該零件從圖紙要求的尺寸和使用情況看 尺寸精度要求并不太高 外形 尺寸按 IT14 級即可 因此可以通過普通沖裁方式保證零件的精度要求 并且滿 足產(chǎn)品使用要求 2 1 3 原材料 在 GB699 88 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件 中查得 08Al 為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 由于含碳量較低 韌性比較好 適合沖裁加工 綜上所述 根據(jù)零件的尺寸 精度 以及其它方面的要求進行判斷 適合 加工 可以加工為該零件 適合沖裁加工 封閉板沖模設(shè)計 5 2 2 落料毛坯形狀和尺寸的確定 圖 2 1 工件圖 材料 08F 2 3 排樣和裁板 2 3 1 確定排樣方式并計算材料利用率 計算沖裁件的面積 A 充分利用 AutoCAD2007 計算物體質(zhì)量特性的功能 依次點取 工具 Tools 菜單 查詢 Inquiry 質(zhì)量特性 Mass Properties 得面積 A 6916mm2 擬訂兩種排樣方案 如下 方案一 直排 且無側(cè)壓裝置 見圖 2 查表 1 4 得最小搭邊值 a 1 5mm a 1 2mm 條料寬度 B D 2 a1 b 0 2 1 式中 B 條料公稱寬度 mm D 垂直于送料方向的工件尺寸 取 D 15 74 29 6 65 95 94mm a 側(cè)搭邊值 mm b0 條料與導(dǎo)板之間的間隙 查表 4 6 得 b0 0 2mm 條料寬度的公差 查表 4 6 得 0 6mm 將以上數(shù)據(jù)代入 2 1 式得 B D 2 a1 b 0 95 94 2 2 0 6 0 2 101 34 mm06 06 進距 h 57 5 9 9 2 1 5 78 8mm 一個進距的材料利用率 nA Bh 1 6916 101 34 78 8 76 封閉板沖模設(shè)計 6 圖 2 排樣方案一 方案二 對排 且無側(cè)壓裝置 見圖 3 查表 4 6 得最小搭邊值 a a1 2 5mm D 57 5 9 9 2 77 3mm 查表 4 7 得 b0 0 1mm 0 5mm 圖 3 排樣方案二 將以上數(shù)據(jù)代入 2 1 式得 B D 2 a1 b 0 77 3 2 2 5 0 5 0 1 83 4 mm05 05 進距 h 15 74 29 20 7 15 66 75 19 6 65 2 5 2 182 19mm 一個進距的材料利用率 nA Bh 2 6916 83 4 183 19 84 比較上述兩方案 雖然對排比直排省料 但存在著下述問題 如果采取送 一次料沖一件的方法 即用單凸模 模具結(jié)構(gòu)與直排時基本相同 模具費用也 相差不大 但在沖完一行后 需要到頭沖另一行 沖另一行時 條料的剛度很 封閉板沖模設(shè)計 7 差 給送料造成很大的困難 如果采取一次沖兩件的方法 即用雙凸模 則模 具結(jié)構(gòu)復(fù)雜了 模具長度增大了 因而模具費用也增加了 而直排的模具結(jié)構(gòu) 簡單 且與對排相比 材料的利用率相差不多 所以決定選擇方案一 即有搭 邊的直排 2 3 2 裁板 08Al厚度為1mm 由材料手冊查得規(guī)格為1 850 1800 若采用縱裁 則每板條數(shù) n1 850 101 34 8 條 余 39 28mm 每條個數(shù) n2 1800 1 5 78 8 22 個 余 64 9mm 每板個數(shù) n3 n1 n2 8 22 176 個 若采用橫裁 則每板條數(shù) n1 1800 101 34 17 條 余 77 22mm 每條個數(shù) n2 850 1 5 78 8 10 個 余 60 5mm 每板個數(shù) n3 n1 n2 17 10 170 個 顯然 縱裁時材料利用率高 所以決定采用縱裁 2 4 落料模結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 4 1 總體結(jié)構(gòu) 該零件雖說是左 右對稱件 但展開后的形狀卻是相同的 因此落料模只 需設(shè)計 1 副模具即可 模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向下出料式彈壓卸料結(jié)構(gòu) 沖出的零件 通過凹模的內(nèi)孔從沖床臺面孔漏下 見圖 4 模具的上部分由上模座 7 導(dǎo)套 5 模柄 11 凸模固定板 6 凸模 10 卸料板 15 卸料橡膠 14 和螺釘 銷釘組 成 下部分由凹模 3 下模座 2 導(dǎo)柱 4 以及螺釘 銷釘組成 封閉板沖模設(shè)計 8 圖 4 落料模 2 4 2 導(dǎo)向裝置 采用模架導(dǎo)向 不僅能保證上 下模的導(dǎo)向精度 而且能提高模具的剛性 延長模具的使用壽命 使沖裁件的質(zhì)量比較穩(wěn)定 使模具的安裝調(diào)整比較容易 因此決定采用模架作為上 下模的導(dǎo)向裝置 采用壓入式模柄 固定段與上模座孔采用 H7 m6 過渡 并加騎縫銷防止轉(zhuǎn) 動 裝配后模柄軸線與上模座垂直度較好 2 4 3 定位裝置 條料的送進 由兩個定位銷控制其方向 由一個鉤形擋料銷控制其進距 這種定位零件結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 裝在凹模上 為此 在卸料板上與單了定 位銷和鉤形擋料銷相應(yīng)的位置上加工三個通孔 工作時 可使卸料板壓緊條料 為便于刃磨 在下模座上相應(yīng)的位置處也加工通孔 以便于拆擋料銷 2 4 4 卸料裝置 由于實現(xiàn)外形分離的凸模裝在上模 擬采用橡膠作為彈性元件的卸料裝置 裝在上模 由卸料板 橡膠和卸料螺釘組成彈壓卸料裝置 沖程時 橡膠塊受 壓縮而積蓄能量 并使卸料板產(chǎn)生壓力而起壓料作用 沖出的落料件通過凹模 的內(nèi)孔從沖床臺面孔漏下 回程時 橡膠塊釋放能量 使卸料板產(chǎn)生反向推力 而將廢料從凸模上卸下 在沖壓時 還可壓緊條料 提高沖裁質(zhì)量 2 5 落料模工藝計算 2 5 1 計算沖壓力 由于該模具采用下出料彈壓卸料結(jié)構(gòu) 因此壓力機在本模具的沖壓過程中 除要克服沖裁力以外 還要克服卸料力 推件力 2 5 1 1 沖裁力的計算 F Lt b 2 2 式中 F 沖裁力 N L 沖裁輪廓的總長度 由 AutoCAD 工具 查詢 面積 查得 L 327 45mm t 板料厚度 取 1mm b 板料的抗拉強度 由 材料手冊 查得 b 390MPa 封閉板沖模設(shè)計 9 將以上數(shù)據(jù)代入 2 2 式 得 F Lt b 327 45 1 390 127705N 2 5 1 2 卸料力的計算 F 卸 K 卸 F 2 3 式中 F 卸 卸料力 N K 卸 卸料力系數(shù) 查表 2 2 得 K 卸 0 05 F 沖裁力 F 127705N 將以上數(shù)據(jù)代入 2 3 式 得 F 卸 K 卸 F 0 05 127705 6385N 2 5 1 3 推件力的計算 F 推 nK 推 F 2 4 式中 F 推 推件力 N n 同時卡在凹?？變?nèi)的工件或廢料片數(shù) n h t h 為凹模直刃高度 取 h 5mm t 為板料厚度 取 t 1mm n h t 5 1 5 K 推 推件力系數(shù) 查表 2 2 得 K 推 0 055 F 沖裁力 F 127705N 將以上數(shù)據(jù)代入 2 4 式 得 F 推 nK 推 F 5 0 055 127705 35118 9N 綜上 選擇沖床時的總沖壓力 F 總 F F 卸 F 推 127705 6385 35118 9 169208 9N 初步選擇開式雙柱可傾壓力機 J23 25D 查表 2 81 2 5 2 確定壓力中心 壓力中心是沖裁模各個沖裁力的合力作用點 在進行沖裁模設(shè)計時 必須 使模柄中心線與沖模壓力中心重合 如果二者偏移量超過允許范圍 滑塊將承 受偏心載荷 在偏心彎矩的作用下 將導(dǎo)致 滑塊與導(dǎo)軌非正常磨損 影響壓 力機精度和壽命 凸 模間隙不均勻 降低沖壓件質(zhì)量和加劇磨損 甚至碰撞 和損壞零部件 因此 準確求得壓力中心是沖裁工藝設(shè)計和沖模設(shè)計的重要環(huán) 節(jié) 封閉板沖模設(shè)計 10 圖 5 壓力中心 本沖壓件輪廓形狀復(fù)雜 無法直接計算其壓力中心 故采用基于 AutoCAD 2007 的沖模壓力中心確定方法來求其壓力中心 具體做法如下 第一步 用 AutoCAD 繪出刃口的輪廓線 選定坐標系 xoy 如圖 8 所示 并 用 快捷工具 修改 Modify 段線合并 join 定義為多段線 第二步 用 偏移 Offset 命令將輪廓線分別向兩側(cè)偏移極小的距離 0 05mm 并刪除原輪廓 第三步 用 繪圖 Draw 下的 面域 Region 分別創(chuàng)建以內(nèi)外多義 線為邊界的兩個面域 第四步 用 修改 Modify 菜單下的 實體編輯 中的 差集 Subtract 命令創(chuàng)建環(huán)形面域 第五步 依次點取 工具 Tools 菜單 查詢 Inquiry 質(zhì)量特 性 Mass Properties 點選面域 然后回車 屏幕上的文本窗口將顯示面域 的質(zhì)心 x c 45 3401 yc 31 3640 2 5 3 凸 凹模刃口尺寸及制造公差 查表 3 24 得雙面間隙值 Zmin 0 10mm Zmax 0 14mm 由于本沖裁件形狀比較復(fù)雜 為了保證凸 凹模之間的間隙值 必須采用 凸 凹模配合加工的方法制模 并采用配作法加以計算 因該件屬于落料件 所以制件尺寸隨凹模尺寸而定 間隙應(yīng)在減小凸模尺寸方向取得 由于該零件 的精度要求不高 外形尺寸按 IT14 級即可 凸模的刃口尺寸按凹模的實際尺寸 配制 并保證雙面間隙為 0 10mm 0 14mm 封閉板沖模設(shè)計 11 其中 凹模尺寸 凹模制造公差 制件公差 mm X 磨損系數(shù)aAa 2 6 工作零件的設(shè)計 2 6 1 凹模設(shè)計 2 6 1 1 凹模板的外形尺寸 因為一般模具 特別是標準模具 除去模架以外 前后左右都是對稱的 模柄中心線要通過凹模板的中心 沖裁過程中必須使沖壓力的合力作用線 壓 力中心 與模柄中心線重合 使壓力機滑塊不受偏載 才能使模具平穩(wěn)工作 減小對壓力機滑塊與模具導(dǎo)向零件的磨損 為了用簡單的方法滿足上述要求 在排樣圖上沿著送料方向與垂直送料方向 從凹?？字g最大距離處畫一矩形 l b 稱為凹模的有效面積 由于壓力中心 O 不與矩形 l b 的中心重合 因此要對凹模有效面積進行修正 取 O 點沿長度 方向到短邊的最大距離為 l 的一半 沿寬度方向到長邊的最大距離為 b 的一 半 則 l b 即為修正后的凹模有效面積 自矩形 l b 向四周擴大一個 允許的凹模壁厚 C 值 可得凹模外形尺寸 L B 就能保證壓力中心與凹模及模 柄中心線重合 零件 尺寸 磨損系數(shù) 查課本 表 3 25 模具制造公 差 GB T 1800 4 1999 計算公式 計算 凹模 凸模 74 29 0 5 0 74 185 047 0923 5 29 74 aA0185 7 57 5 0 5 0 74 185 04 7 0 a 0185 3 15 0 75 0 43 0 3 065 1 A 0674 65 2 0 5 0 74 185 4 7 26 a 185 3 9 9 0 75 0 36 09 36 0 9 0 68 0 5 0 74 0 xaA 185 047 0 58 aA185 067 落料凹模和沖孔凸模的刃口尺寸計算 封閉板沖模設(shè)計 12 其中 凹模壁厚 C 值主要考慮布置連接螺釘孔和銷釘孔的需要 同時也要 保證凹模的強度和剛度 查表 7 38 得 取 C 36mm 根據(jù) JB T8065 3 1995 與凹模外形尺寸標準值對照 取 L B 200 160 2 6 1 2 凹模板的厚度 凹模板的厚度根由查表法確定 根據(jù)凹模的最大刃口尺寸 制件料厚 從 表 7 34 中可查出凹模厚度 H 和凹模刃口至凹模邊緣距離 C 由于 C 36mm 所以 H 25mm 2 6 1 3 凹模型孔側(cè)壁形狀 采用側(cè)壁與凹模面垂直的臺階形直壁型孔 其設(shè)計參數(shù)有兩個 一是直刃 口有效高度 h 二是漏料孔比型孔單邊擴大值 b 刃口高度按強度考慮應(yīng)隨沖裁 的板料厚度增加而增大 并考慮刃磨量的需要 由于板料厚度為 1mm 所以取 h 5mm 漏料孔比型孔單邊擴大值 b 按凹模強度考慮取小些 為了保證落料件順 利漏下又應(yīng)取大些 一般取 b 0 5 1mm 由于本沖裁件形狀復(fù)雜 所以 b 取 1mm 2 6 1 4 凹模板上卸料螺釘?shù)陌惭b 查表 7 40 得 凹模刃口與擋料銷的最小距離 C 5mm 本模具中 擋料銷的 規(guī)格選用 A15 8 3 送料方向搭邊值為 1 5mm 擋料銷與凹模刃口的最小距離 為 5mm 凹模強度有保證 2 6 1 5 凹模的選材及加工 選用 T10A 制造凹模 由于凹模沖裁輪廓較復(fù)雜 故其型孔采用線切割加工 漏料孔采用化學(xué)腐蝕的方法加工 這樣可有效保證加工精度和刃口強度 2 6 2 凸模設(shè)計 采用直通式凸模 便于成形磨削或線切割加工 且可以先淬火后精加工 但在工作中容易松動 甚至拔出 因此 用螺釘?shù)跹b固定凸模 在固定板上不 加工固定凸模的型孔 而增加兩個銷子對凸模進行定位 這種方法減小了凸模 長度 為用線切割方法在一塊坯料上同時制取凹模和凸模創(chuàng)造了有利條件 不 僅節(jié)約了貴重的工具鋼原材料 也使沖裁間隙容易均勻 2 7 卸料元件的設(shè)計 2 7 1 卸料橡膠的選用和設(shè)計 橡膠塊作為彈性元件 具有承受負荷比彈簧大 安全及安裝調(diào)整方便等優(yōu) 點 且此落料模的工作行程較小 所以選擇橡膠塊作為彈壓卸料裝置的彈性元 封閉板沖模設(shè)計 13 件 選用硬度為邵氏 70 80A 的聚氨酯橡膠 其性能比合成橡膠優(yōu)異 不僅可 獲得較大的壓力 而且可延長其使用壽命 2 7 1 1 橡膠塊高度的確定 為了使橡膠塊不因多次反復(fù)壓縮而損壞其彈性 按下式限定其極限壓縮量 hj hj jH 2 5 式中 H 橡膠塊自由狀態(tài)下的高度 mm j 橡膠塊極限壓縮率 對于硬度為邵氏 70 80A 的聚氨酯橡 膠 則應(yīng)取 j 35 為了使橡膠塊具有一定的預(yù)壓力 供卸料之用 必須使其在非工作行程就 具有一定的預(yù)壓縮量 hy hy yH 2 6 式中 y 橡膠塊預(yù)壓縮率 對于聚氨酯橡膠 y 10 2 5 式減去 2 6 式得橡膠塊高度 H 的計算公式 H h j hy j y hg j y mm 2 7 式中 hg 橡膠塊工作壓縮量 對于卸料橡膠塊 hg 為彈壓卸料板的行程 一般取 hg t 1 修磨量 t 為板料厚度 取 1mm 修磨量取 5mm 將以上數(shù)據(jù)代入 2 7 式 得 H h j hy j y hg j y 1 1 5 0 35 0 1 28mm 將以上數(shù)據(jù)代入 2 6 式 得 hy yH 0 1 28 2 8mm 橡膠塊的裝配高度 H0 28 2 8 25 2mm 取 25mm 2 7 1 2 橡膠塊截面尺寸的計算 考慮模具結(jié)構(gòu) 決定用 6 個厚壁筒形的聚氨酯彈性體 則每個彈性體的預(yù) 壓力 Fy 6385 6 1064N 考慮橡膠塊的工作壓縮量較小 取預(yù)壓縮率 y 25 并由表 6 9 查得單位 壓力 p 1 05Mpa A Fy p 2 8 式中 A 橡膠塊截面面積 mm 2 Fy 每個彈性體的預(yù)壓力 封閉板沖模設(shè)計 14 P 單位壓力 將以上數(shù)據(jù)代入 2 8 式 得 A Fy Fq 1277 05 1 05 1216 2mm 2取 1216 mm2 選用直徑為 8mm 的卸料螺釘 選取彈性體穿卸料螺釘孔的直徑 d 8 5mm 則彈性體的外徑 D 可按下式求得 由 D2 d2 4 A 得 2 9 214 3 dA 將以上數(shù)據(jù)代入 2 9 式 得 40 27 取 40mm 2 25 8143 6 2 7 1 3 橡膠塊高度的校核 校核條件 0 5 H D 1 5 將數(shù)據(jù)代入 得 H D 25 40 0 625 滿足校核 條件 2 7 2 卸料螺釘?shù)脑O(shè)計 采用圓柱頭內(nèi)六角卸料螺釘 GB2867 6 81 在上模座上加工通孔 容易 保證卸料板與模座平行 卸料螺釘長度 L 按下式計算 L h1 H0 2 10 式中 h 1 固定板厚度 mm H0 預(yù)壓后彈性元件的高度 mm 將以上數(shù)據(jù)代入 2 10 式 得 L h1 H0 20 25 45mm 注意 凸模經(jīng)刃磨后 在重新安裝彈性元件時 在螺釘頭部應(yīng)加墊圈 其 厚度為刃磨量 以免預(yù)壓后過大損害壓力機 2 8 設(shè)計其它零件并校核壓力機 2 8 1 凹凸模固定板及模架的選用 根據(jù)凹模的周界輪廓尺寸 L B 200 160 JB T7181 3 1995 根據(jù)其厚 度經(jīng)驗公式 凸模固定板 H 1 1 5 D 凹模固定板 H 0 6 0 8 H 0 式中 H 固定板的厚度 H0 凹模高度和墊板高度只和 D 凸模與固定板相配合部分的直徑 若凸模與固定板相配合部分截 封閉板沖模設(shè)計 15 面為非圓形 則為其截面最大徑 從表 7 2 中選取 凸模固定板厚度 20mm 外形尺寸與凹模板相同 查表 7 8 得出 選擇彈性卸料板 彈性卸料板的卸料力較小 但在沖壓成形過程中還 能起到壓料作用 沖裁質(zhì)量較好 故選用彈性卸料板 卸料板厚度 16mm 外形 與中間型孔的形狀和尺寸與凹模相同 凸模的自由長度為 L 25 16 1 1 5 mm 48mm 其中 凸模進入凹模的深度 為 1mm 凸模的修磨量為 5mm 根據(jù)凹模的外形尺寸 選擇模架 本模具選用適合單個毛坯沖裁的中間導(dǎo) 柱標準鋼板模架 這種模架的導(dǎo)柱分布在矩形凹模對稱中心線上 沖壓時可防 止由于偏心力矩而引起的模具歪斜 且兩導(dǎo)柱的直徑不同 可避免上模與下模 裝錯而發(fā)生啃模事故 根據(jù)以上所述以及標準模架 JB T7181 3 1995 初步選擇一下模架 上模座 L mm B mm H mm 200 160 40 下模座 L mm B mm H mm 200 160 50 導(dǎo)柱 d mm L mm 30 150 左 32 150 右 導(dǎo)柱 d mm L mm D mm 30 100 38 左 32 100 38 右 為了保證使用中的安全性與可靠性 應(yīng)注意 當模具處于閉合位置時 導(dǎo) 柱上端面與上模座的上平面留 10 15mm 的距離 導(dǎo)柱下端面與下模座下平面留 2 5mm 的距離 導(dǎo)套與上模座上平面留不小于 3mm 的距離 同時 上模座開橫 槽 以便排氣 2 8 2 校核壓力機 模具的閉合高度為 H 閉合 40 20 25 16 1 25 50 mm 177mm 下模座的外 形尺寸為 355mm 160mm 查表 2 81 得 J23 25D 壓力機的最大閉合高度為 270mm 最小閉合高度為 215mm 模具的閉合高度小于沖床的最小閉合高度 所 以要采用墊板 有 H 最大 H1 5 H 模 H 最小 H1 10 式中 H1 墊板厚度 mm 代入數(shù)據(jù) 270 50 5 177 215 50 10 工作臺尺寸 370mm 560mm 下模座的外形尺寸 355mm 160mm 且工 作臺孔為 180mm 不會妨礙漏料 所以 確定采用 J23 25D 型壓力機作為沖 壓設(shè)備 封閉板沖模設(shè)計 16 結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步 從最初的 選題 開題到計算 繪圖直到完成設(shè)計 其間 查找資料 老師指導(dǎo) 與同學(xué)交流 反復(fù)修改圖紙 每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實 通過這次實踐 我了解了沖模的用途及工作原理 熟悉了封閉板的設(shè)計步驟 鍛煉了工程設(shè)計實踐能力 培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力 此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè) 知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固 同時也是走向工作崗位前的一次熱 身 它的實質(zhì)就是利用和克服金屬的兩個特點 延展性和彈性形變 利用模具 人為控制金屬板料的延展流動趨向 突破金屬板料自身的應(yīng)力并依靠金屬板料 本身的應(yīng)力保持預(yù)期的形狀 設(shè)計中分析了封閉板零件的結(jié)構(gòu)及工藝性 擬訂 該零件的沖壓工藝 由于模具設(shè)計是一種經(jīng)驗性較強的設(shè)計 經(jīng)過長期發(fā)展積累 了大量豐富的沖壓工藝技術(shù)資料 在設(shè)計這套沖模模具時必然要借鑒這些經(jīng)驗 數(shù)據(jù) 含括了落料模 彎曲模 拉深模中常用的工藝數(shù)據(jù)以及模具材料的選取 和壓力機基本參數(shù)等等 該零件雖說是左 右對稱件 但合理安排沖壓工藝 仔細進行模具設(shè)計后 其加工過程并不復(fù)雜 通過該零件的沖壓工藝和模具設(shè)計可以看出 在計算展 開尺寸時 不僅需要根據(jù)書本知識進行計算 適當?shù)慕?jīng)驗以及對沖件工藝性的 改進也是必要的另外 合理安排沖壓工藝 并進行精心地設(shè)計 可最大限度地 滿足沖件質(zhì)量和生產(chǎn)的要求 繪制模具總圖時 一般先繪制沖模下模和上模的俯視圖 通過俯視圖借以 反應(yīng)沖模零件的平面布置 送料和定位方式及凹模位置 然后再以剖視的形式 畫出模具閉合時的工作位置主視圖 主視圖可以反應(yīng)模具各零件的結(jié)構(gòu)和他們 之間的裝配關(guān)系 模具主 俯視圖的具體畫法是 先畫里面 再畫外面 先 畫中部 再畫四周 最后按設(shè)計的模具總圖拆繪模具零件圖 要將零件結(jié)構(gòu)表 達清楚 應(yīng)有必要的投影圖 剖面圖和剖視圖 同時畢業(yè)設(shè)計收獲很多 比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標準 分析數(shù)據(jù) 提高 了 自己的繪圖能力 懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果 同時 仍有很多課題需要后輩去努力去完善 但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處 比如缺乏綜合應(yīng)用 專 業(yè)知識的能力 對材料的不了解 等等 設(shè)計中一定存在不少問題 請老師和 同學(xué)批評指正 封閉板沖模設(shè)計 17 參考文獻 1 陳炎嗣主編 沖壓模具設(shè)計手冊 北京工業(yè)出版社 2 李雙義主編 冷沖模設(shè)計 清華大學(xué)出版社 3 楊占堯主編 沖壓模具典型結(jié)構(gòu)圖例 北京工業(yè)出版社 4 高軍主編 沖壓模具標準間選用與設(shè)計指南 化學(xué)工業(yè)出版社 5 王新華主編 沖模設(shè)計與制造實用計算手冊 機械工業(yè)出版社 6 石鐵良主編 模具設(shè)計指導(dǎo) 機械工業(yè)出版社 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 輸入的準確性和計算機預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響 曾經(jīng)進行一項有關(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行模擬測試達到的兩個目標 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 為了達到這兩個目 標 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 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 進行了研究 高性能的標準汽車材料鋁鎮(zhèn)靜 高質(zhì)量鋼 AKDQ 以及如高強 度鋼板 烘烤硬鋼 鋁 6111 等 已經(jīng)確認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)計人員會確認他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計 并進行必要的設(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)該超過彌補進行數(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 雖然沒有達到目標區(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 挖掘機的駕駛室 左側(cè)內(nèi)板 表 2 機艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查 圖 10 在機艙內(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 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)變分布的影響進行了研究 如圖 17 模擬圖所示 圖 15 機艙內(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 值遠遠大于 1 而烤硬接近 1 鋁 6111 遠小于 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 高強度鋼的性能 中等 對 AKDQ 的連續(xù)應(yīng)變分布 脈動壓邊力進行了比較實驗圖 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 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?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)強度 這種應(yīng)變分布的改善 提高產(chǎn)品的剛度和強度 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 此外 在實驗測量 和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負載行程曲線 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)于當前產(chǎn)業(yè) 政策要點的決定 中 把模具列為機械工業(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 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)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工 業(yè) 從 1997 年開始 我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(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 汽車 農(nóng)機和無線電行業(yè) 這個比例也超過 60 例如飛機制造業(yè) 某型 戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套 其中主機八千套 發(fā)動機二千套 輔機二萬套 從產(chǎn)值看 80 年代以來 美 日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行 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 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 鐘表等零件的最佳方式 從世界范圍看 當時美國的沖壓技術(shù)走在前列 許多模具先進技術(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識 對所設(shè)計模具零件的機能缺乏真切了解 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能和受力 狀態(tài)進行了數(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 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 達別多個工位的級進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 彎曲機 在此期間 日本站到 了世界最前列 其模具加工精度進入了微米級 模具壽命 合金工具鋼制造 的模具達到了幾千萬次 硬質(zhì)合金鋼制造的模具達到了幾億次 p 每分鐘沖壓次 數(shù) 小型壓力機通常為 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 機械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合 發(fā)展了 NC 機床 如數(shù)控線切割機床 數(shù)控電火花機床 數(shù)控銑床 數(shù)控坐標磨床等 而 采用電子計算機自動編程 控制的 CNC 機床提高了數(shù)控機床的使用效率和范圍 近年來又發(fā)展出由一臺計算機以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機床的 NNC 系統(tǒng) 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展 計算機也逐步進入模具生產(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 零件標準及設(shè)計標準 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 進行系列化 數(shù)值化 數(shù)式化 作為設(shè)計準則儲存到計算機中 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 確定模板尺寸和標準 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 標注以及對數(shù)據(jù)的自動編程 產(chǎn)生效控機床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達到較高水平 計算機仿真 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 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口 據(jù) 海關(guān)統(tǒng)計 1997 年進口模具價值 6 3 億美元 這還不包括隨設(shè)備一起進口的模 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)濟建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(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 模還為數(shù)不多 模具平均壽命不足 100 萬次 模具最高壽命達到 1 億次以上 精度達到 3 5um 有 50 個以上的級進工位 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 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 嚴重 模具排氣不暢和型腔易損等 注射模精度已達到 5um 以下 最高壽命已 突破 2000 萬次 型腔數(shù)量已超過 100 腔 達到了 80 年代中期至 90 年代初期的 國際先進水平 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)達工 業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比 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 多年來引進的先進設(shè)備 或因計算機制式 IBM 微機及其兼容機 HP 工作站等 不同 或因字節(jié)差異 運算速度差異 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)進行工藝規(guī)劃方面 基本上處于空白狀態(tài) 需要 進行大量的標準化基礎(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)進步力度不大 雖然近年來也引進了不少先進的模具加工 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 標準件結(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 我國的模具標準件生產(chǎn) 80 年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn) 模具標準化程度及 標準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 標準凸凹模 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 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)濟效益小 社會效益大 的現(xiàn)象 干模具的不如干模具標準件的 干標準件的不如干模 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 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性和實用性 的重要標志之一 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)生材料明細表和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進行智能化加工參數(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 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 高精度三坐標測量機 并具有數(shù)字化掃描功能 如東風汽車模具廠不僅擁有意 大利產(chǎn) 3250mm 3250mm 三坐標測量機 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 激光掃描精度為 0 05mm 接觸式測頭掃描精度達 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)控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅(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 其機床定位精度可達 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 2500mm 5000mm 1800mm 轉(zhuǎn)速達 20500r min 切削進給速度達 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 0 01mm 設(shè)計用紙 第 21 頁 共 23 頁 4 3 快速經(jīng)濟制模技術(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 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 目前對激光強化 輝光離子氮化技術(shù)及電鍍 刷鍍 防腐強化等技術(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 廣泛采用標準件通用件的分工協(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