汽車輪速傳感器墊片模具設(shè)計(jì)【長方形-中間跑道形】
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紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目：
汽車輪速傳感器墊片模具設(shè)計(jì)
副 標(biāo) 題：
學(xué) 生 姓 名：
吳向東
所在系、專業(yè)：
機(jī)電工程系、模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí)：
模具5091
指 導(dǎo) 教 師：
金亞云
日 期：
2012.05.29
II
摘 要
摘 要
本文應(yīng)用所學(xué)到的理論知識(shí)，分析了墊片的結(jié)構(gòu)和成形工藝，計(jì)算了毛坯尺寸和沖壓力。為了提高墊片的生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)了級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu),經(jīng)過工藝分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，論證了其可能性，保證了制品的質(zhì)量。在模具設(shè)計(jì)中,為了提高速度和效率,充分利用已經(jīng)掌握的知識(shí)和資源。利用沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)軟件版快速設(shè)計(jì)沖壓模具。實(shí)踐證明,確實(shí)提高了設(shè)計(jì)的速度和效率。本模具設(shè)計(jì)中,由于卸料力較大,采用了組合彈簧力較大的優(yōu)點(diǎn)解決了這一問題。在模具結(jié)構(gòu)中,用頂板做凸模的定位元件,由于配合定位的距離小,容易造成凸模的折斷,因而設(shè)計(jì)了凹模導(dǎo)向凸模,增強(qiáng)了凸模的強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：落料，墊片，級(jí)進(jìn)模，模具設(shè)計(jì)
II
汽車輪速傳感器墊片模具設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 I
目 錄 I
1、緒論 1
2、設(shè)計(jì)課題及設(shè)計(jì)任務(wù) 1
2.1課題研究的目的和基本要求 1
2.1.1目的 1
2.1.2基本要求 1
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)書 1
3、工藝方案分析及確定 2
3.1零件的工藝分析 2
3.1.1工藝方案的確定 2
3.1.2排樣的確定 2
3.1.3排樣及排樣方式的確定 2
3.1.4條料寬度 3
3.1.5搭邊及搭邊值 3
3.1.6材料的利用率 3
4、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 4
4.1沖壓力與沖壓中心的計(jì)算 4
4.1.1沖裁力的計(jì)算 4
4.1.2卸料力、推件力計(jì)算 4
4.1.3壓力機(jī)公稱壓力的確定 5
4.2壓力中心的計(jì)算 5
5、凸、凹模刃口尺寸確定 5
5.1凹模尺寸 5
5.2凸模尺寸 5
5.3凸凹模刃口尺寸 6
6、其他零件 7
6.1導(dǎo)料板 7
6.2側(cè)刃、側(cè)刃擋塊 7
6.3卸料版 7
6.4凸模固定板 7
6.5上下墊板 8
6.6橡膠 8
6.7上下模座 8
7、典型零件加工工藝方案 8
8、沖壓設(shè)備選用 8
致 謝 1
參考文獻(xiàn) 2
1、緒論
沖壓模具是模具中最為廣泛的模具之一。特別是隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，沖壓工藝?yán)碚撆c技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得沖壓模具設(shè)計(jì)與制造方法發(fā)生了根本的變革。隨著汽車在現(xiàn)代生活中扮演越來越重要的角色，對(duì)汽車的零部件需求也是越來越大。此墊片用于汽車輪速傳感器與ESP(汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng))之間，作為緊固件。本文通過所學(xué)知識(shí)分析墊片的結(jié)構(gòu)和成形工藝，計(jì)算了毛坯尺寸和沖壓力。為了提高墊片的生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)了級(jí)進(jìn)模的結(jié)構(gòu),經(jīng)過工藝分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，論證了其可能性，保證了制品的質(zhì)量。
2、設(shè)計(jì)課題及設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1課題研究的目的和基本要求
2.1.1目的
①用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行一項(xiàng)冷沖模設(shè)計(jì)的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。
②擴(kuò)充“冷沖模設(shè)計(jì)”課程所學(xué)內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟。
③掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本知識(shí)。如查閱設(shè)計(jì)資料手冊(cè)、熟悉標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、計(jì)算和繪圖等。
2.1.2基本要求
①達(dá)到課題研究的目的所提的要求。
②以生產(chǎn)者的身份來設(shè)計(jì)模具，為求所設(shè)計(jì)模具適合在現(xiàn)有設(shè)備條件下生產(chǎn)，即要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，又要滿足生產(chǎn)要求，更要提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)書
本設(shè)計(jì)為墊片級(jí)進(jìn)模具。工件如圖1所示：
圖1 零件圖
技術(shù)要求：
1.零件名稱：汽車輪速傳感器墊片
2.生產(chǎn)批量：大批
3.材料：H62-M
4.厚度：t=1.6mm
3、工藝方案分析及確定
3.1零件的工藝分析
工藝性其實(shí)也就是從成本、制造性、使用性方面考慮，比方?jīng)_裁件,在不必要的情況下去掉銳角，倒成圓角，以降低凸凹模磨損崩刃的可能性，且對(duì)后續(xù)的涂裝有好處（涂料在銳角處的附著性差），沖孔工序圓孔的工藝性最好，對(duì)于一些不宜用形狀定位的可前序增設(shè)工藝孔，這些都是從制造工藝上考慮的，從成本上考慮就是落料件的搭邊和排樣、在滿足技術(shù)要求的情況下盡量使用最小允許值，以提高材料利用率。
(1)材料：H62-M軟黃銅，具有良好的沖壓性能。
(2)該零件形狀簡單，孔邊距遠(yuǎn)大于凸、凹模允許的最小壁厚，故可以考慮采用復(fù)合沖壓工序。
(3)零件尺寸按未注公差確定，而在沖壓工序中一般按IT14級(jí)確定。
3.1.1工藝方案的確定
零件包括落料和沖孔兩個(gè)基本工序，可采用級(jí)進(jìn)沖裁，生產(chǎn)效率高，操作方便，通過設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)和排樣方案可以達(dá)到較好的零件質(zhì)量和避免模具強(qiáng)度不夠的問題。
根據(jù)以上分析，該零件采用級(jí)進(jìn)沖裁工藝方案。
由于級(jí)進(jìn)模工位數(shù)較多，因而用級(jí)進(jìn)模沖制零件，必須解決條料或帶料的準(zhǔn)確定位問題，才可能保證沖壓件的質(zhì)量。根據(jù)級(jí)進(jìn)模定位零件的特征，級(jí)進(jìn)模有以下兩種典型結(jié)構(gòu)。
方案一：固定擋料銷和導(dǎo)正銷定位的級(jí)進(jìn)模
工作時(shí)，用手按入始用擋料銷限定條料的初始位置，進(jìn)行沖孔。始用擋料銷在彈簧作用下復(fù)位后，條料再送進(jìn)一個(gè)步距，以固定擋料銷粗定位，落料時(shí)以裝在落料凸模端面上的導(dǎo)正進(jìn)行精定位，保證零件上的孔與外圓的相對(duì)位置精度。模具的導(dǎo)板兼作卸料板和導(dǎo)料板。采用這種級(jí)進(jìn)模，當(dāng)沖壓件的形狀不適合在工件上直接定位時(shí)，可在條料上的廢料部分沖出工藝孔。利用裝在凸模固定板上的導(dǎo)正銷進(jìn)行導(dǎo)正。
方案二：側(cè)刃定距的級(jí)進(jìn)模
側(cè)刃是特殊功用的凸模，其作用是在壓力機(jī)每次沖壓行程中，沿條料邊緣切下一塊等于步距的料邊。由于沿送料方向上，在側(cè)刃前后兩導(dǎo)料間距不同，前寬后窄形成一個(gè)凸肩，所以條料上只有切去料邊的部分方能通過，通過的距離即等于步距。為了減少料尾損耗，尤其工位較多的級(jí)進(jìn)模，可采用兩個(gè)側(cè)刃前后對(duì)角排列，該模具就是這樣排列的。
綜合考慮以上方案，由于零件尺寸較小，材料厚度較薄，為了便于操作和保證零件的精度，宜采用方案二，即導(dǎo)料板導(dǎo)向、側(cè)刃定距的定位方式。為了減小料頭和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用雙側(cè)刃前后對(duì)角布置。
3.1.2排樣的確定
在沖壓生產(chǎn)中，節(jié)約金屬和減少廢料具有非常重要的意義，特別是在大批量生產(chǎn)中，較好地確定沖件尺寸和合理排樣是降低成本的有效措施之一。
3.1.3排樣及排樣方式的確定
排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。本產(chǎn)品排樣方式采用有廢料排樣，模具沿工件的外輪廓進(jìn)行沖裁，工件周邊都留有搭邊。
3.1.4條料寬度
因模具采用側(cè)刃定距，故采用下式計(jì)算：
B-Δ0=（Lmax+1.5a+nb1）-Δ0
式中： Lmax --- 條料寬度方向沖裁件最大尺寸
a --- 側(cè)搭邊值，見表2.5.2[5]
n --- 側(cè)刃數(shù)
b1 --- 側(cè)刃沖切的料邊寬度，見表2.5.6[2]
B-0.60=[(90.5+1.5×2.2+2×2)]-0.60=97.5-0.60
3.1.5搭邊及搭邊值
排樣時(shí)工件之間以及工件與條料側(cè)邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊的作用是補(bǔ)償條料的定位誤差，保證沖出合格的工件，保持條料有一定的剛度，便于送料。
考慮到材料的利用，以及采用手工送料、有側(cè)壓裝置的模具，搭邊值一般由經(jīng)驗(yàn)確定，表2.5.2[3]列出常用的沖裁的最小搭邊值。
圖2 排樣圖
查表得 工件間a1取2.0 側(cè)面a取2.2。
綜合上述計(jì)算得出圖2。
3.1.6材料的利用率
一個(gè)進(jìn)距的材料利用率η的計(jì)算公式為：
η=×100％
式中： A --- 沖裁面積
B --- 條料寬度
s --- 進(jìn)距
η=≈84.47%
根據(jù)采購的鋼板規(guī)格為900mm×1250mm， 每張鋼板可以剪成12張（97.5mm×900mm）條料，每張條料可以沖下37個(gè)零件。
一張板料上總的材料利用率：
η總=
式中 N --- 一張板料上沖裁件總數(shù)
As--- 一個(gè)沖裁件的實(shí)際面積
L --- 板料長度
B --- 板料寬度
η總=≈83.34%
4、工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1沖壓力與沖壓中心的計(jì)算
4.1.1沖裁力的計(jì)算
計(jì)算沖裁力的目的是為了確定壓力機(jī)的額定壓力，因此要計(jì)算最大沖裁力。則沖裁力可按下式計(jì)算：
F=KLtτb≈Ltσb
式中：K --- 系數(shù)(一般取1.3)
L --- 沖裁件周長，mm
T --- 材料厚度，mm
τ --- 材料抗剪強(qiáng)度，MP
σb--- 材料抗拉強(qiáng)度，MP
F落料=1.3Ltτ≈Ltσb =220.6×1.6×300=105.9kN
F沖孔=1.3Ltτ≈Ltσb =98.84×1.6×300=47.4kN
查表7.4[1]得H62-M抗拉強(qiáng)度為300MP
4.1.2卸料力、推件力計(jì)算
由于影響卸料力、推件力的因素很多，無法準(zhǔn)確計(jì)算。在生產(chǎn)中均采用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
卸料力 Fx=KxF
推件力 Ft=nKtF
式中： F --- 沖裁力
Kx、Kt--- 卸料力、推件力系數(shù) 見表2.6.1[2]
n --- 卡在凹模內(nèi)的沖裁件數(shù)
卸料力:Fx=KxF=0.06×105.9=6.3kN
推件力:Ft=nKtF=0.09×12×47.4=51.2kN
4.1.3壓力機(jī)公稱壓力的確定
FZ=F落料+Fx+Ft+F沖孔=105.9+47.4+6.3+51.2=210.8kN
4.2壓力中心的計(jì)算
該零件是對(duì)稱的，所以壓力中心在該零件的幾何中心。如圖3所示：
圖3 產(chǎn)品圖
5、凸、凹模刃口尺寸確定
5.1凹模尺寸
（1）凹模厚度
H=Kb(≥15mm)
式中K系數(shù)查表2.9.5[2]得90，b-垂直于送料方向度量的凹?？鬃畲蟪叽纭?
H=Kb=90×0.3=27mm
（2) 凹模邊緣壁厚
C=(1.5～2)H=40.5～54mm，實(shí)取C=50mm
（3) 凹模邊長L
L=b+2C=89.57+2×50=189.57mm
（4) 凹模寬度B
B=l+2C=21.74+2×50=121.74mm
查國家標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)UDC 621.961.02 GB 2873.1-81查得：
凹模板長度A=200mm寬度B=160mm。
5.2凸模尺寸
落料凸模刃口部分為非圓形，為便于凸模和固定板的加工，可設(shè)計(jì)成階梯形結(jié)構(gòu)，并將安裝部分設(shè)計(jì)成便于加工的長圓形，通過鉚接方式與凸模固定板固定。凸模的尺寸根據(jù)刃口尺寸、卸料裝置和安裝固定要求確定。如圖5所示：
圖5 凸、凹模
5.3凸凹模刃口尺寸
凸、凹模分開加工由于材料薄，模具間隙小，故凸、凹模采用配作加工為宜。配作法就是先按設(shè)計(jì)尺寸制造出一個(gè)基準(zhǔn)件（凸?；虬寄＃?，然后根據(jù)基準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸按間隙配制另一件。這種加工方法特點(diǎn)是模具的間隙有配制保證，刃口尺寸的計(jì)算方法如下表4：
表4 刃口尺寸計(jì)算
基本尺寸及分類
沖裁間隙
磨損系數(shù)
計(jì)算公式
制造公差
計(jì)算結(jié)果
落料凹模
900 -0.87
Zmin=0.22
Zmax=0.26
Zmax-Zmin=0.26-0.22=0.04
工件公差等級(jí)為IT14級(jí)，故x=0.5
Aj=（Amax-XΔ）0+0.25Δ
89.570+0.217
220 -0.52
21.740+0.13
20 -0.25
1.870+0.0625
沖孔凸模
46+0.62 0
Bj=（Bmin+XΔ）0-0.25Δ
46.310-0.155
6+0.3 0
6.150-0.075
6、其他零件
6.1導(dǎo)料板
在固定卸料式?jīng)_模和級(jí)進(jìn)模沖裁中，條料的橫向定位使用導(dǎo)料板。
導(dǎo)料板一般由兩塊組成，稱為分體式導(dǎo)料板。在簡單落料模上，有時(shí)將導(dǎo)料板與固定卸料板制成一體，稱為整體式導(dǎo)料板。采用整體式導(dǎo)料板的模具，結(jié)構(gòu)簡單，但是，固定卸料板的加工量較大，且不便于安裝調(diào)整。為了使條料順利通過，兩導(dǎo)料板間距離應(yīng)該等于條料最大寬度加上一個(gè)間隙值。導(dǎo)料板高度取決于擋料方式和板料厚度，導(dǎo)料板高度見表9-2[3]。查表得h為8mm。
導(dǎo)料板的平面形狀與凹模相同，l=160mm，B=100mm，其厚度h=8mm。
6.2側(cè)刃、側(cè)刃擋塊
按側(cè)刃的工作端面形狀分平面型和臺(tái)階型兩類，每類又有三個(gè)型號(hào)（A型、B型、C型）臺(tái)階型的多用于厚度為1mm 以下的板料的沖裁，沖裁前凸出部分先進(jìn)入凹模導(dǎo)向，以免由于側(cè)壓力導(dǎo)致側(cè)刃損壞。
側(cè)刃斷面的關(guān)鍵尺寸的寬度b其它尺寸按GB/7648.1---1994規(guī)定。寬度b原則上等于送料步距，但對(duì)于長方形側(cè)刃和導(dǎo)正銷兼用的模具，其寬度為：
b=[s+(0.05～0.1)]
式中： b --- 側(cè)刃寬度（mm）
S --- 送進(jìn)步距（mm）
b=24+0.1=24.1mm
側(cè)刃擋塊選擇為長方體，尺寸為8×6×35mm。
6.3卸料版
彈性卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板尺寸，厚度取凹模厚度的0.6～0.8倍。所以卸料板厚度取H=0.6×27=16.2mm 取17mm。
綜上所述卸料板長度A=200mm寬度B=160mm厚度H=17mm
當(dāng)卸料板對(duì)凸模起導(dǎo)向作用時(shí)，卸料板與凸模間按H7/h6配合，但其間隙應(yīng)該比凸、凹模間隙小，此時(shí)凸模與固定板按H7/h6或H8/h7配合。此外，為了便于可靠卸料，在模具開啟狀態(tài)時(shí)，卸料板工作平面應(yīng)該高出凸模刃口端面0.3～0.5mm。
卸料板凸臺(tái)部分的高度為
h=H-（0.1～0.3）t
式中: h --- 卸料板凸臺(tái)高度
H --- 導(dǎo)料板高度
t --- 條料厚度
h=8-（0.1～0.3）×1.6≈7.6mm
彈性卸料板的壓料面應(yīng)凸出凸模端面0.2～0.5mm ，所以取臺(tái)階高度H1=7.1mm 。
6.4凸模固定板
標(biāo)準(zhǔn)凸模固定板有圓形、矩形和單固定板等多種型式。選用時(shí)，根據(jù)凸模固定和緊固件合理布置的需要確定其輪廓尺寸，其厚度一般為凹模厚度的60%～80%。
凸模固定板的平面形狀與凹模相同，L=200mm，B=160mm，其厚度一般為凹模厚度的60%～80%，所以凸模固定板的尺寸為200×160×18mm。
6.5上下墊板
在凸模固定板與上模座之間加一塊淬硬的墊板，可避免硬度較低的模座因局部受凸模較大的沖擊力而出現(xiàn)凹陷，致使凸模松動(dòng)，拼塊凹模與下模座之間也加墊板。
墊板的平面形狀尺寸與固定板相同，L=200mm，B=160mm，其厚度一般為6～10mm.取8mm。
6.6橡膠
根據(jù)工藝性質(zhì)和模具結(jié)構(gòu)確定橡膠性能、形狀和數(shù)量。沖裁卸料用較硬橡膠；拉伸用較軟橡膠。本模具采用較硬橡膠。材料選用聚氨酯。
橡膠板高度為
H0=
式中：ΔH1 --- 壓縮高度
H0 --- 橡膠原高度
設(shè)ΔH1為5mm
則 H0=20mm
橡膠外形 為 200×160×20mm。
6.7上下模座
采用對(duì)角導(dǎo)柱模架（標(biāo)準(zhǔn)間），與上下墊板配合。
7、典型零件加工工藝方案
以凹模板的加工為例，典型零件的加工工藝為：備料——熱處理——洗平面——鉗工——磨平面——熱處理——線切割。工藝過程如表 6。
表6工藝過程
序號(hào)
工序名稱
工序的主要內(nèi)容
1
備料
根據(jù)圖紙下適合的毛胚料
2
熱處理
退火
3
銑平面
銑六平面
4
鉗工
劃線、打螺紋孔、銷釘孔和穿絲孔
5
磨平面
光上下平面至圖紙要求
6
熱處理
淬火、回火達(dá)到硬度要求
7
線切割
線割內(nèi)型,保證間隙達(dá)到要求
8、沖壓設(shè)備選用
根據(jù)總的沖裁力必須小于或等于壓力機(jī)的公稱壓力，故選壓力機(jī)型號(hào)。
故選壓力機(jī)型號(hào)為開式壓力機(jī)其技術(shù)規(guī)格如下：
標(biāo)準(zhǔn)壓力：110kN
滑塊行程：40mm
行程次數(shù)：200次/min
最大封閉高度：160mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：35mm
8
致謝
致 謝
五年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我的校園生活即將就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無盡的難舍與眷戀。從這里走出，對(duì)我的人生來說，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。
回首五年，取得了很多成績，生活中有快樂也有艱辛。感謝老師們五年來對(duì)我孜孜不倦的教誨和無微不至關(guān)懷，使我在關(guān)心和愛護(hù)下度過難忘的五年大學(xué)生活。
學(xué)友情深，情同兄妹。五年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏而又最美好的回憶。
在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開家長的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來對(duì)我的撫養(yǎng)與培育。
最后，我要特別感謝我的論文輔導(dǎo)老師和參加我論文答辯老師。是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我巨大的幫助與不斷的鼓勵(lì),使我能夠順利完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。
我在此表示真誠的感謝!
9
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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2.馬朝興. 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4
3.徐政坤. 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1
4.曾珊琪，丁毅.模具壽命與失效[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.5
5.吳兆祥，高楓.模具材料及表面處理[M].北京：高等教育出版社，2006.2
6.王德文. 提高模具壽命應(yīng)用技術(shù)實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.5
10
紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
系部名稱
機(jī)電工程系
專業(yè)班級(jí)
模具 5091
學(xué)生姓名
吳向東
指導(dǎo)教師姓名
金亞云
設(shè)計(jì)題目
汽車輪速傳感器墊片模具設(shè)計(jì)
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是總結(jié)和檢驗(yàn)學(xué)生在學(xué)校期間的學(xué)習(xí)成果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能進(jìn)行獨(dú)立分析和解決問題的能力，使學(xué)生受到科學(xué)研究的基本訓(xùn)練，達(dá)到專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。通過撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)和專業(yè)技能的理解和掌握,培養(yǎng)學(xué)生收集資料和調(diào)查研究的能力、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)理論分析及論證的能力。
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)要求
1.要求一定要有結(jié)合實(shí)際的對(duì)某具體課題進(jìn)行有獨(dú)立見解的論證,并要求有一定的技術(shù)含量；
2.設(shè)計(jì)應(yīng)該在所規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成；
3.書面材料、框架及字?jǐn)?shù)應(yīng)符合規(guī)定；
4.學(xué)會(huì)查閱有關(guān)的技術(shù)資料和相關(guān)的規(guī)范；
5.掌握相關(guān)規(guī)范的選擇和運(yùn)用。
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排
序號(hào)
時(shí)間
內(nèi)容
1
2011年 11月14日
熟悉撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，查閱資料，進(jìn)行調(diào)研
2
2011年 11月15日
確定設(shè)計(jì)題目
3
2011年 12月16日
擬寫開題報(bào)告交老師審核
4
2012年 3月16日
畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿交老師審核
5
2012年 4月27日
畢業(yè)設(shè)計(jì)二稿交老師審核
6
2012年 5月28日
畢業(yè)設(shè)計(jì)終稿交老師審核
7
2012年 5月28日
回校準(zhǔn)備設(shè)計(jì)答辯
8
2012年 6月2～3日
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
沖壓成形與板材沖壓
1． 概述
通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做沖壓。由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行，因此也稱為冷沖壓。只有當(dāng)板材厚度超過8~100mm時(shí)，才采用熱沖壓。沖壓加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。某些非金屬板材（如膠木板、云母片、石棉、皮革等）亦可采用沖壓成形工藝進(jìn)行加工。
沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中，尤其在汽車、儀表、軍工、家用電器等工業(yè)中占有極其重要的地位。沖壓成形需研究工藝設(shè)備和模具三類基本問題。
? 板材沖壓具有下列特點(diǎn)：
（1）．高的材料利用率。
（2）．可加工薄壁、形狀復(fù)雜的零件。
（3）．沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好。
（4）．能獲得質(zhì)量輕而強(qiáng)度高、剛性好的零件。
（5）．生產(chǎn)率高，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。
沖壓模具制作成本高，因此適合大批量生產(chǎn)。對(duì)于小批量、多品種生產(chǎn)，常采用簡易沖模，同時(shí)引進(jìn)沖壓加工中心等新型設(shè)備，以滿足市場求新求變的需求。板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及高塑性的合金剛等。如前所述，材料形狀有板材和帶材。
沖壓生產(chǎn)設(shè)備有剪床和沖床。剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的條料，以供后續(xù)沖壓工序使用，沖床可用于剪切及成形。
2． 沖壓成形的特點(diǎn)
生產(chǎn)時(shí)間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多，具有多種形式餓名稱，但塑性變形本質(zhì)是相同的。沖壓成形具有如下幾個(gè)非常突出的特點(diǎn)。
（1）．垂直于板面方向的單位面積上的壓力，其數(shù)值不大便足以在板面方向上使??板材產(chǎn)生塑性變形。由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素質(zhì)遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力，所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理，使其變形力學(xué)的分析和工藝參數(shù)的計(jì)算大呢感工作都得到很大的簡化。
（2）．由于沖壓成形用的板材毛胚的相對(duì)厚度很小，在壓應(yīng)力作用下的抗失穩(wěn)能力也很差，所以在沒有抗失穩(wěn)裝置（如壓邊圈等）的條件下，很難在自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程。因此，以拉應(yīng)力作用為主的伸長類沖壓成形過程多于以壓應(yīng)力作用為主的壓縮類成形過程。
（3）．沖壓成形時(shí)，板材毛胚內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應(yīng)力。在這一點(diǎn)上，沖壓成形與體積成形的差別很大。因此，在沖壓成形時(shí)變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對(duì)成形極限與變形抗力的影響，已失去其在體積成形時(shí)的重要程度，有些情況下，甚至可以完全不予考慮，即使有必要考慮時(shí)，其處理方法也不相同。
（4）．在沖壓成形時(shí)，模具對(duì)板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕，不像體積成形（如模鍛）是靠與制件形狀完全相同的型腔對(duì)毛胚進(jìn)行全面接觸而實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制成形。在沖壓成形中，大多數(shù)情況下，板材毛胚都有某種程度的自由度，常常是只有一個(gè)表面與模具接觸，甚至有時(shí)存在板材兩側(cè)表面都有于模具接觸的變形部分。在這種情況下，這部分毛胚的變形是靠模具對(duì)其相鄰部分施加的外力實(shí)現(xiàn)其控制作用的。例如，球面和錐面零件成形時(shí)的懸空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況。
? ?由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點(diǎn)，致使沖壓技術(shù)也形成了一些與體積成形不同的特點(diǎn)。由于不需要在板材毛的表面施加很大的單位壓力即可使其成形，所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強(qiáng)度與剛度的研究并不十分重要，相反卻發(fā)展了學(xué)多簡易模具技術(shù)。
由于相同原因，也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展。因沖壓成形時(shí)的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài)（與體積成形相比），當(dāng)前對(duì)沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入，有條件運(yùn)用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工。借助于電子計(jì)算機(jī)與先進(jìn)的測試手段，在對(duì)板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與分析基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)沖壓過程智能化控制的研究工作也在開展。人們?cè)趯?duì)沖壓成形過程有離開較為深入的了解后，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關(guān)系。所以，對(duì)板材沖壓性能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究，目前已成為沖壓技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。對(duì)板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術(shù)發(fā)展的需要，而且也促進(jìn)了鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，為其提高板材的質(zhì)量提供了一個(gè)可靠的基礎(chǔ)與依據(jù)。
3．沖壓變形的分類
? ?沖壓變形工藝可完成多種工序，其基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。分離工序是使胚料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法，主要有落料、沖孔、切邊、剖切、修整等。其中又以沖孔、落料應(yīng)用最廣。變形工序是使胚料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工藝方法，主要有拉深、彎曲、局部成形、脹形、翻邊、縮徑、校形、旋壓等。
從本質(zhì)上看，沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形，所以變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)景象的沖壓成形分類，可以把成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個(gè)類型并進(jìn)行體系化的研究。
絕大多數(shù)沖壓成形時(shí)毛胚變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài)。通常認(rèn)為在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其數(shù)值也是較小的，所以可以認(rèn)為垂直于板面方向上的應(yīng)力為零，使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互的兩個(gè)主應(yīng)力。由于板厚較小，通常都近似地認(rèn)為這兩個(gè)主應(yīng)力在厚度方向上是均勻分布的?；谶@樣的分析，可以把各種形式?jīng)_壓成型中的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點(diǎn)，在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中與相應(yīng)的兩向應(yīng)變坐標(biāo)系中以應(yīng)力與應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示。
4.沖壓用原材料
? ?沖壓加工用原材料有很多種，它們的性能也有很大的差別，所以必須根據(jù)原材料的性能與特點(diǎn)，采用不同的沖壓成形方法、工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)，才能達(dá)到?jīng)_壓加工的目的。由于人們對(duì)沖壓成形過程板材毛胚的變形行為有了較為深入的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)相當(dāng)清楚的建立了由原材料的化學(xué)成分、組織等因素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關(guān)系，這就使原材料生產(chǎn)部門不但按照沖壓件的工作條件與使用要求進(jìn)行原材料的設(shè)計(jì)工作，而且也根據(jù)沖壓件加工過程對(duì)板材性能的要求進(jìn)行新型材料的開發(fā)工作，這是沖壓技術(shù)在原材料研究方面的一個(gè)重要方向。對(duì)沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有
（1）原材料沖壓性能的含義。
（2）判斷原材料沖壓性能的科學(xué)方法，確定可以確切反映材料沖壓性能的參數(shù)，建立沖壓性能的參數(shù)與實(shí)際沖壓成形間的關(guān)系，以及沖壓性能參數(shù)的測試方法等。
（3）建立原材料的化學(xué)成分、組織和制造過程與沖壓性能之間的關(guān)系。沖壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材。金屬板材包括各種黑色技術(shù)和有色金屬板材。雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多，但最多的原材料蛀牙是鋼板、不銹鋼板、鋁合金板及各種復(fù)合金屬板。
5．板材沖壓性能及其鑒定方法
? ? 板材是指對(duì)沖壓加工的適應(yīng)能力。對(duì)板材沖壓性能的研究具有飛行重要的意義。為了能夠運(yùn)用最科學(xué)與最經(jīng)濟(jì)合理的沖壓工藝過程與工藝參數(shù)制造出沖壓零件，必須對(duì)作為加工對(duì)象的板材的性能具有十分清楚的了解，這樣才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力。另一方面，為了能夠依據(jù)沖壓件的形狀與尺寸特點(diǎn)及其所需的成形工藝等基本因素，正確、合理地選用板材，也必須對(duì)板材的沖壓性能有一個(gè)科學(xué)的認(rèn)識(shí)與正確的判斷。評(píng)定板材沖壓性能的方法有直接試驗(yàn)法與間接試驗(yàn)法。
? ?實(shí)物沖壓試驗(yàn)是最直接的板材沖壓性能的評(píng)定方法。利用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備與模具，在與生產(chǎn)完全相同的條件下進(jìn)行實(shí)際沖壓零件的性能評(píng)定，當(dāng)然能夠的最可靠的結(jié)果。但是，這種評(píng)定方法不具有普遍意義，不能作為行業(yè)之間的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的交流。
? ?模擬試驗(yàn)是把生產(chǎn)中實(shí)際存在的沖壓成形方法進(jìn)行歸納與簡單化處理，消除許多過于復(fù)雜的因素，利用軸對(duì)稱的簡化了的成形方法，在保證試驗(yàn)中板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實(shí)際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行的沖壓性能的評(píng)定工作。為了保證模擬試驗(yàn)結(jié)果的可靠性與通用性，規(guī)定了私分具體的關(guān)于試驗(yàn)用工具的幾何形狀與尺寸、毛胚的尺寸、試驗(yàn)條件（沖壓速度、潤滑方法、壓邊力等）。
? ?間接試驗(yàn)法也叫做基礎(chǔ)試驗(yàn)法。間接試驗(yàn)法的特點(diǎn)是：在對(duì)板材在塑性變形過程中所表現(xiàn)出的基本性質(zhì)與規(guī)律進(jìn)行分析與研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步把它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來，建立間接試驗(yàn)結(jié)果（間接試驗(yàn)值）與具體的沖壓成形性能（工藝參數(shù)）之間的相關(guān)性。由于間接試驗(yàn)時(shí)所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形過程，所以它的變形性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)也不同于沖壓變形。因此間接試驗(yàn)所得的結(jié)果（試驗(yàn)值）并不是沖壓成形的工藝參數(shù)，而是可以用來表示板材沖壓性能的基礎(chǔ)性參數(shù)。
Characteristics and Sheet Metal Forming
1． The article overview
Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die. Stamping is usually carried out under cold state, so it is also called stamping. Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8~100mm. The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip, and therefore it is also called sheet metal forming. Some non-metal sheets (such as plywood, mica sheet, asbestos, leather)can also be formed by stamping.
?? Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry, and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles, instruments, military parts and household electrical appliances, etc.
? ?The process, equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping.
? ?The characteristics of the sheet metal forming are as follows:
(1)? ? High material utilization
(2)? ? Capacity to produce thin-walled parts of complex shape.
(3)? ? Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape??
and dimension.
(4)? ? Parts with lightweight, high-strength and fine rigidity can be obtained.
(5)? ? High productivity, easy to operate and to realize mechanization and? ? automatization.
? ? The manufacture of the stamping die is costly, and therefore it only fits to mass production. For the manufacture of products in small batch and rich variety, the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center, are usually adopted to meet the market demands. The materials for sheet metal stamping include mild steel, copper, aluminum, magnesium alloy and high-plasticity alloy-steel, etc.??
Stamping equipment includes plate shear punching press. The former shears plate into strips with a definite width, which would be pressed later. The later can be used both in shearing and forming.
2．Characteristics of stamping forming
There are various processes of stamping forming with different working patterns and names. But these processes are similar to each other in plastic deformation. There are following conspicuous characteristics in stamping:
（1）．The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation. It is much less than the inner stresses on the plate plane directions. In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters.
（2）．Due to the small relative thickness, the anti-instability capability of the blank is weak under compressive stress. As a result, the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti-instability device (such as blank holder). Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress.
（3）．During stamping forming, the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material. In this point, the stamping is different from the bulk forming. During stamping forming, the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming. In some circumstances, such influence may be neglected. Even in the case when this influence should be considered, the treating method is also different from that of bulk forming.
（4）．In stamping forming, the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming (such as die forging). In bulk forming, the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part. Whereas in stamping, in most cases, the blank has a certain degree of freedom, only one surface of the blank contacts with the die. In some extra cases, such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die. The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area.
Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above, the stamping technique is different form the bulk metal forming: The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface. Instead, the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed.
Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming, more research on deformation or force and power parameters has been done. Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods. Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters, by means of computer and some modern testing apparatus, research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding. It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material. The research on the properties of the stamping forming, that is, forming ability and shape stability, has become a key point in stamping technology development, but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry, and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality.
3．Categories of stamping forming
? ? Many deformation processes can be done by stamping, the basic processes of the stamping can be divided into two kinds: cutting and forming.Cutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the other. It mainly includes blanking, punching, trimming, parting and shaving, where punching and blanking are the most widely used. Forming is a process that one part of the blank has some displacement from the other. It mainly includes deep drawing, bending, local forming, bulging, flanging, necking, sizing and spinning.
In substance, stamping forming is such that the plastic deformation occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external force. The stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping forming. Based on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone, the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and be studied systematically.
??The deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state. Usually there is no force or only small force applied on the blank surface. When is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero, two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the material. Due to the small thickness of the blank, it is assumed approximately the two principal stresses distribute uniformly along the thickness direction. Based on this analysis, the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains.
4．Raw materials for stamping forming
There are a lot of raw materials used in stamping forming, and the properties of these materials may have large difference. The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method, the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials. The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly. The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly. Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand, but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part. This is an important domain in stamping forming research. The research on the material properties for stamping forming is as follows:
（1）．Definition of the stamping property of the material.
（2）．Method to judge the stamping property of the material, find parameters to express the definitely material property of the stamping forming, establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming, and investigate the testing methods of the property parameters.
（3）．Establish the relationship among the chemical component, structure, manufacturing process and stamping property.
?? The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate. Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals. Although a lot of sheet metals are used in stamping forming, the most widely used materials are steel, stainless steel, aluminum alloy and various composite metal plates.
5．Stamping forming property of sheet metal and its assessing method
The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming. It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal. In order to produce stamping forming parts with most scientific, economic and rational stamping forming process and forming parameters, it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal, so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production. On the other hand, to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved.
There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal?.Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal. This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies. Surely, this test result is most reliable. But this kind of assessing method is not comprehensively applicable, and cannot be shared as a commonly used standard between factories.
? ? The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods, as well as eliminating many trivial factors, the stamping properties of the sheet metal are assessed, based on simplified axial-symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states. In order to guarantee the reliability and generality of simulation results, a lot of factors are regulated in detail, such as the shape and dimension of tools for test, blank dimension and testing conditions(stamping velocity, lubrication method and blank holding force, etc).???Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation, and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming, and then to establish the relationship between the indirect testing results(indirect testing value) and the actual stamping forming property (forming parameters). Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming, the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one. So, the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters, but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal.
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