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產(chǎn) 品 代 號 零 部 件 名 稱 零 部 件 代 號河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工 藝 過 程 卡 片 沖大孔凸模 材 料 T10A 毛 坯 種 類 圓柱體 毛 坯 尺 寸 25 58 每一毛坯可制零件數(shù) 1 工序 序號 工序 名稱 工 序 內(nèi) 容 設(shè) 備 夾 輔 具 名 稱 刀 具 名 稱 規(guī) 格 量 具 名 稱 及 規(guī) 格 01 下料 用熱軋圓鋼按尺寸 25 58 砂輪切割機 砂輪 直尺 02 車端面 打中心 孔 車端兩面 打中心孔 保證長度尺寸 54 車床 三爪卡盤 頂針 90 度車刀 游標卡尺 直尺 03 車外圓 12 25 16 和 24 達到圖樣尺寸 車床 三爪卡盤 頂針 90 度車刀 游標卡尺 直尺 04 切退槽 切退槽尺寸達到 14 車床 三爪卡盤 頂針 寬 5 的切斷刀 游標卡尺 直尺 05 檢驗 游標卡尺 06 熱處理 按熱處理工藝進行 保證硬度 56 60HRC 07 磨削 達到圖樣尺寸 砂磨機 雙頂尖夾具 砂輪 游標卡尺 08 檢驗 游標卡尺 編 制 校 核 審 查 共 張 第 張 產(chǎn) 品 代 號 零 部 件 名 稱 零 部 件 代 號 工序號 01河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工 序 卡 片 沖大孔凸模 工序名稱 下料 材 料 T10A 名 稱 砂輪切割機設(shè) 備 型 號 夾具名稱 刀 量 輔 具 名 稱 規(guī) 格 數(shù) 量 游標卡尺 0 150mm 1 直尺 200mm 1 砂輪切割機 1 編 制 張志功 校 核 審 查 共 張 第 張 產(chǎn) 品 代 號 零 部 件 名 稱 零 部 件 代 號 工序號 02河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工 序 卡 片 沖大孔凸模 工序名稱 車端面 打中心孔 材 料 T10A 名 稱 車床設(shè) 備 型 號 MK640 夾具名稱 三爪卡盤 刀 量 輔 具 名 稱 規(guī) 格 數(shù) 量 游標卡尺 0 150mm 1 直尺 200mm 1 90 度車刀 1 中心鉆 1 編 制 張志功 校 核 審 查 共 張 第 張 題 目 計算機機箱插口封條 沖壓模具設(shè)計 1 摘要 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè) 是國際上公認的關(guān)鍵工業(yè) 工業(yè)發(fā)達國 家稱之為 工業(yè)之母 模具成型具有效率高 質(zhì)量好 節(jié)省原材料 降低產(chǎn)品 成本等優(yōu)點 采用模具制造產(chǎn)品零件已成為當今工業(yè)的重要工藝手段 模具在 機械 電子 輕工 紡織 航空 航天等工業(yè)領(lǐng)域里 已成為使用最廣泛的工 業(yè)化生產(chǎn)的主要工藝裝備 它承擔了這些工業(yè)領(lǐng)域中 60 80 產(chǎn)品零件 組件 和部件的加工生產(chǎn) 模具就是產(chǎn)品質(zhì)量 模具就是經(jīng)濟效益 的觀念已被越 來越多的人所認識和接受 在中國 人們已經(jīng)認識到模具在制造業(yè)中的重要基 礎(chǔ)地位 認識更新?lián)Q代的速度 新產(chǎn)品的開發(fā)能力 進而決定企業(yè)的應(yīng)變能力 和市場競爭能力 目前 模具設(shè)計與制造水平的高低已成為衡量一個國家制造 水平的重要標志之一 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 要求各行各業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快 對模具的需求量加大 一般模具國內(nèi)可以自行制造 但很多大型復(fù)雜 精密和 長壽命的多工位級進模大型精密塑料模復(fù)雜壓鑄模和汽車覆蓋件模等仍需依靠 進口 近年來模具進口量已超過國內(nèi)生產(chǎn)的商品模具的總銷售量 為了推進社 會主義現(xiàn)代化建設(shè) 適應(yīng)國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的需要 模具工業(yè)面臨著進一步 技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整和加速國產(chǎn)化的繁重任務(wù) 改革開放以來 我國 除港臺地區(qū)外 下同 的模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展 設(shè)計 制造加工能力和水平 產(chǎn)品檔次都 有了很大的提高 本文主要介紹了冷沖壓工藝及計算機機箱插口封條的沖孔與彎曲模具的設(shè) 計過程 經(jīng)工藝分析 工藝計算 確定了該設(shè)計工藝流程及模具結(jié)構(gòu)形式 從分 析零件的工藝性到模具總體設(shè)計以及必要的計算和壓力機的選擇都進行了詳細 的介紹 關(guān)鍵詞 模具 冷沖壓 拉深 翻邊 2 目錄 計算機機箱插口封條沖壓模具設(shè)計 前言 第一章 零件形狀及尺寸要求 7 第二章 零件材料性能分析 7 第三章 有關(guān)模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 7 第四章 幾種方案的比較 8 第五章 有關(guān)工藝的計算 8 1 毛坯尺寸的計算 9 1 彎曲件毛坯長度的計算 9 2 搭邊值的確定 9 3 條料長度的計算 10 2 計算排樣 10 3 計算材料的利用率 10 4 沖裁力 卸料力 推件力 彎曲力計算及初選壓力機 11 5 沖裁模間隙及凹模 凸模刃口尺寸計算 14 6 卸料彈簧的選擇 18 7 選擇上下模板及模柄 19 8 擋料銷 始用擋料銷的選擇 19 9 墊板 凸模固定板的設(shè)計 19 10 閉合高度 20 11 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 20 12 卸料螺釘 20 13 模具壓力中心的計算 21 14 凸 凹模強度的校核 27 3 1 凹模外形尺寸的確定及校核 27 2 凸模外形尺寸及強度校核 28 第六章 繪制模具結(jié)構(gòu)總圖及零件圖 見各圖紙 31 結(jié)束語及致謝詞 參考文獻 4 前言 近年來 沖壓成形工藝有很多新的進展 特別是精密沖裁 精密成形 精 密剪切 復(fù)合材料成形 超塑性成形 軟模成形以及電磁成形等新工藝日新月 異 沖壓見件的精度日趨精確 生產(chǎn)率也有極大提高 正在把沖壓加工提高到 高品質(zhì)的 新的發(fā)展水平 前幾年的精密沖壓主要市是指對平板零件進行精密 沖裁 而現(xiàn)在 除了精密沖裁外還可兼有精密彎曲 拉伸 壓印等 可以進行 復(fù)雜零件的立體精密成形 過去的精密沖裁只能對厚度為 5 8mm 以下的中板或 薄板進行加工 而現(xiàn)在可以對厚度達 25mm 的厚板實現(xiàn)精密沖裁 并可對 b 900MPa 的高強度合金材料進行精沖 由于引入了 CAE 沖壓成形已從原來的對應(yīng)力應(yīng)變進行有限元等分析而逐 步發(fā)展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析 以實現(xiàn)沖壓過程的優(yōu)化設(shè)計 在沖壓毛坯設(shè)計方面也開展了計算機輔助設(shè)計 可以對排樣或拉伸毛坯進行優(yōu) 化設(shè)計 此外 對沖壓成形性能和成形極限的研究 沖壓件成形難度的判定以及成 形預(yù)報等技術(shù)的發(fā)展 均標志著沖壓成形以從原來的經(jīng)驗 實驗分析階段開始 走上由沖壓理論指導(dǎo)的科學(xué)階段 使沖壓成形走向計算機輔助工程化和智能化 的發(fā)展道路 為了適應(yīng)大批量 高效率生產(chǎn)的需要 在沖壓模具和設(shè)備上廣泛應(yīng)用了各 種自動化的進 出料機構(gòu) 對于大型沖壓件 例如汽車覆蓋件 專門配置了機 械手或機器人 這不僅大大提高了沖壓件的生制件質(zhì)和生產(chǎn)率 而且也增加了 沖壓工作和沖壓工人的安全性 在中小件的大批量生產(chǎn)方面 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用多 工位級進模 多工位壓力機或高速壓力機 在小批量多品種生產(chǎn)方面 正在發(fā) 展柔性制造系統(tǒng) FMS 為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)時不斷更換模具的需要 已經(jīng)成 功地發(fā)展了一種快速換模系統(tǒng) 現(xiàn)在 換一副大型的沖壓模具 僅需 6 8 分鐘 即可完成 此外 近年來 集成制造系統(tǒng) CIMS 也正被引入沖壓加工系統(tǒng) 出現(xiàn)了沖壓加工中心 并且使設(shè)計 沖壓生產(chǎn) 零件運輸 倉儲 品質(zhì)檢驗以 5 及生產(chǎn)管理等全面實現(xiàn)自動化 發(fā)展了一些新的成形工藝 如高能成形和旋壓等 簡易模具 如軟模和低 熔點合金模等 通用組合模具和數(shù)控沖壓設(shè)備等 這樣 就使沖壓生產(chǎn)既適合 大量生產(chǎn) 也同樣適用于小批生產(chǎn) 例如 研制高強度鋼板 用來生產(chǎn)汽車覆 蓋件 以減輕零件重量和提高其結(jié)構(gòu)強度 現(xiàn)在是多品種 少批量生產(chǎn)的時代 到下一個世紀 這種生產(chǎn)方式占工業(yè) 生產(chǎn)的比例 將達 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面 制品的花樣變化頻繁 均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好 因此 開發(fā)快速經(jīng)濟 具越來越引起人們的重視 例如 研制 各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制作或 其中填充金屬粉末 玻璃纖維等的簡易模具 中 低 熔點合金模具 噴涂成型 模具 快速電鑄模 陶瓷型精鑄模 陶瓷型吸塑模 疊層模及快速 原型制造模 具等快速經(jīng)濟模具將進一步發(fā)展 快換模架 快換沖頭等也將日益發(fā)展 另外 采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置 快速試模技術(shù)也會得到發(fā)展和 提高 模具標準件的應(yīng)用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本 因此 模具標準件的應(yīng)用必將日漸 廣泛 為此 首先要制訂統(tǒng)一的國家標準 并嚴格按標準 生產(chǎn) 其次要逐步形 成規(guī)模生產(chǎn) 提高標準件質(zhì)量 降低成本 再次是要進一步增加標準件 規(guī)格品 種 發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng) 保證供貨迅速 模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用先進的表面處理技術(shù)將進一步受重視 在整個模 具價格構(gòu)成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 之間 因此選用優(yōu)質(zhì)鋼 材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要 對于模具鋼來說 要采用電渣 重熔工藝 努力提高鋼的純凈度 等向性 致密度和均勻性及研制 更高性能或有特殊性能的 模具鋼 如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等 粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析 從而 影響材質(zhì)的問題 其碳化物微細 組織均勻 沒有材 料方向性 因此它具有韌 性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長年使用尺寸穩(wěn)定等特點 是一 種很有發(fā)展 6 前途的鋼材 特別對形狀復(fù)雜的沖件及高速沖壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 這 種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強塑料的模具 如型 腔 形芯 澆口 等主要部件 另外 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產(chǎn)品精料化 制 品化 盡量縮短供貨時間亦是 重要方向 模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 模具熱 處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理 模具表面處理除完善普及常用表面處理方 法 即擴滲如 滲碳 滲 氮 滲硼 滲鉻 滲釩外 應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴 工藝先 進的氣相沉積 TiN TiC 等 等離子 噴涂等技術(shù) 7 計算機機箱插口封條沖壓模具設(shè)計 第一章 零件的形狀尺寸及要求 零件的形狀如圖 1 1 此零件為計算機機箱插口的封條 當不用此插口時 將其裝在上面用來防止灰塵等進入機箱內(nèi) 當需要用此插口時 即將封條取下 來 零件材料為 08F 08 F 是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 其中 F 表示沸騰鋼 08 表示平均 含碳量 年產(chǎn)量 800 萬件 1205 47 圖 1 1 零件形狀尺寸圖 第二章 零件材料性能分析 08F 鋼板較軟 查表的其性能如下 見表 1 1 表 1 1 08F 鋼性能 第三章 有關(guān)模具結(jié)構(gòu)形式的選擇 由于零件是大批量生產(chǎn) 故可考慮用級進?；驈?fù)合模 我們先來分析零件 的工藝性 零件的整個成形過程包括沖孔 落料與彎曲三個過程 其中 彎曲 部分必須先沖出小孔才能彎曲 因此 若采用復(fù)合模 彎曲時 沖孔凸模留在 抗剪強度 Mpa 抗拉強度 0 MPa 伸長 率 屈服 點 MPa 220 310 280 390 32 180 8 孔內(nèi) 阻止了彎曲的進行 故我們考慮采用級進模 另外 零件只是密封機箱 的一部分 但密封的要求不高 故對零件的精度要求不高 因此 我們在設(shè)計 模具時 對其精度的要求也可適當?shù)姆潘?盡量滿足其大批量生產(chǎn)的要求 并 從經(jīng)濟性要求來考慮 盡量減少材料損失 第四章 幾種方案的比較 根據(jù)零件的形狀 我們初步擬訂以下幾種方案 方案一 沖孔 落料 彎曲 方案二 彎曲 沖孔 落料 方案三 沖孔 彎曲 落料 方案一首先沖出兩個大孔和小孔 然后將外形落料 最后進行彎曲 這種 方案看起來很好 但我們考慮模具采用的是級進模 落料后 工件從條料上掉 了下來 我們再進行第三步彎曲時 必須用手拿工件放在彎曲模部分 且還要 重新進行定位 因此不利于大批量生產(chǎn) 方案二克服了方案一的問題 即工件在落料之前 完成了沖孔與彎曲兩個 過程 但又產(chǎn)生了一個新的問題 由于壓力機是上下作垂直運動 因此 沖孔 等工序都應(yīng)該是在水平面內(nèi)完成 但彎曲部分還有一小孔 若與彎曲同時進行 則必將阻止彎曲的進行 若放到第二道工序 則沖小孔必須在垂直平面內(nèi)完成 故無法設(shè)計模具 方案三先進行沖孔 跟方案一相同 要克服方案一的問題 我們將彎曲與 落料工序調(diào)換過來 先進行彎曲 最后才進行落料 在第一個工位 我們將中 間兩個大孔及彎曲部分的一個小孔沖裁出來 在第二個工位 我們利用前一個 工位沖出的兩個大孔作為定位孔 對要彎曲的部分進行剪切并彎曲 這兩個過 程同時進行 在第三個工位 我們將整個工件的外形落料出來 整個過程連為 一整體 是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程 綜合以上比較 我們知道方案三的生產(chǎn)率高 克服了其它幾中方案的缺點 適合于大批量生產(chǎn) 故我們采用方案三 第五章 有關(guān)工藝的計算 1 毛坯尺寸的計算 9 1 彎曲件毛坯長度的計算 如圖 1 2 圖 1 2 彎曲件毛坯長度 由于彎曲半徑 r 1 0 5 t 故毛坯的長度應(yīng)等于零件直線段長度和彎曲 部分應(yīng)變中性層長度之和 即 L ioix tr 180Li 由于零件的彎曲角為 故毛坯的展開長度為 9 L tr 2lo1 查表得 x o 0 45 L 8 2 1 0 45 0 8 118 24 3 2 14 126 4 128 54 2 搭邊值的確定 為補償定位誤差 維持條料一定的強度和剛度 保證送料的順利進行 工 件與邊緣 工件與工件之間應(yīng)有一定的搭邊值 但由于工件的精度要求不高 且材料比較軟 從經(jīng)濟性角度考慮 我們優(yōu)先考慮提高材料的利用率 故工件 與工件之間將不增加搭邊值 以免增加模具的制造費用及浪費材料 查表得 工件與邊緣之間的搭邊值為 a1 1 8 故條料寬度為 010 a2D B 10 式中 B 條料標稱寬度 D 工件垂直于送料方向的最大尺寸 a1 側(cè)搭邊 條料寬度的公差 查表得 0 6 06 06 354 128 B 06 7 我們將其定為 132 5 3 條料長度的確定 工件的寬度為 19 故在充分考慮沖裁操作方便性的情況下 我們將條料 的長度定為 575 故對條料的下料尺寸為 575 132 5 2 計算排樣 排樣是沖裁工藝與模具設(shè)計中一項很重要的工作 排樣的合理與否 影響 到材料的經(jīng)濟利用率 還會影響到模具結(jié)構(gòu) 生產(chǎn)率 制件質(zhì)量 生產(chǎn)操作方 便與安全等 由于工件外形規(guī)則 且所要求的精度要求不高 故從經(jīng)濟性角度考慮 我 們選擇少廢料排樣方式 具體排樣方式如圖 1 3 3 計算材料的利用率 條料的毛坯尺寸為 575 132 5 故一張條料可沖出 30 個工件 一個進距內(nèi)材料的利用率為 01BhnA 95 32 85 4 0 一張條料上總的利用率為 11 s 84 701BCNA 0157 32 0 圖 1 3 排樣圖 4 沖裁力 卸料力 推件力 彎曲力計算及初選壓力機 1 零件外形落料力 F1 KLt 1 3 0 8 250 275 71500N 2 沖孔力 F2 2KL1t KL 2t 2 1 3 0 8 250 12 1 3 0 8 250 5 32 19603 5N 6960 7N 26564N 3 彎曲力計算 12 由于彎曲時 有一條邊同時要被剪開我們先算這個剪切力 F3 KLt 1 3 8 5 0 8 250 2210N 最大自由彎曲力 N 為 0 2trcKBF 自 式中 c 與彎曲形式有關(guān)的系數(shù) 由于是 V 形件 查表得 c 0 6 K 安裝系數(shù) 一般取 1 3 B 彎曲寬度 mm t 料厚 mm r 彎曲半徑 r 1 0 材料的強度極限 0 300MPa 1216N38 164 936 F 自 4 壓料力的計算 壓料力 F 壓 值可近似取彎曲力的 30 80 N608125 0 自壓 5 校正彎曲力的計算 為了提高彎曲件的精度 減小回彈 在板材自由彎曲的終了階段 凸模繼 續(xù)下行 將彎曲件壓靠在凹模上 其實質(zhì)是對彎曲件的圓角和直邊進行精壓 此為校正彎曲 此時 彎曲件受到凸凹模擠壓 彎曲力急劇增大 PAF 校 80 19 1 8 2736N P 單位面積上的校正力 Mpa A 校正面垂直投影面積 mm 2 13 6 卸料力 推料力的計算 查表得 0 04 0 055 由于彎曲模的影響 在凹模內(nèi)不能有卸K推 一個工件 但沖孔有 2 5 個廢料 兩個孔 我們算 5 個 卸料力 FQ1 F1 0 04 71500 2860N卸 推料力 FQ2 n F2 推K 5 0 055 26564 7305 1N 故總力 F1 F2 FQ1 FQ2 F3總 校壓自F 71500 26564 2860 7305 1 1216 608 2210 2736 114999 1N 115kN 初選壓力機 160kN 其各項技術(shù)參數(shù)如下 見表 1 2 表 1 2 壓力機技術(shù)參數(shù) 公稱壓力 kN 160 發(fā)生公稱壓力時滑塊下滑的極點距離 5 固定行程 70滑塊的 行程 調(diào)節(jié)行程 8 70 最大閉合高度 220 閉合高度調(diào)節(jié)量 60 工作臺尺寸 左右 450 前后 300 工作臺孔尺寸 左右 220 前后 110 直徑 14 160 模柄尺寸 直徑 深寬 30 50 工作臺板厚度 60 5 沖裁模間隙及凹模 凸模刃口尺寸計算 查表得 Z min 0 04 Z max 0 07 凸模偏差 p 0 02 凹模偏差 d 0 02 p d 0 04 Zmax Z min 0 07 0 04 0 03 p d 故凸凹模采取配作加工的方法 查表得 x 0 5 1 沖大孔凸模 工作尺寸為 則5 012 凸模磨損后 刃口尺寸變小 則用公式 0pp xA 02 5 12 0 其它各部分尺寸如圖 1 4 圖 1 4 沖大孔凸模 2 沖小孔凸模尺寸 同樣 凸模磨損后 刃口尺寸變小 02 p xA 0 5 3 02 6 0 p xB 2 153 12 5 15 02 13 其它各部分尺寸如圖 1 5 圖 1 5 沖小孔凸模 3 落料凹模尺寸 整個工件的尺寸偏差為負偏差 0 2 如圖 1 6 如圖中 凹模磨損之后 尺寸 A1 A 2 A 3尺寸變大 1 查表得 x 1 0 75 x 2 0 75 x 3 0 75 由公式 得 dAd0 02 175 9 02 8 02 d2 A 02 51 02 d3 7 02 8 3 175 16 C3 71 402B1 5 圖 1 6 零件尺寸及公差 如圖中 凹模磨損之后 尺寸 B1尺寸減小 x 1 0 75 2 由公式 0dd 0d1d 2 75 B 0 凹模磨損后 尺寸 C1 C 2 C 3尺寸減小 x 1 x2 x3 0 75 3 根據(jù)公式 5 0 dd 01 27 4d1 85 3 0 Cd2 1 0 275 d3 8 6 故凹模尺寸見圖 1 7 沖孔凹模與落料凸模的刃口尺寸按相應(yīng)部分尺寸配制 保證雙面間隙值 Zmin Zmax 0 04 0 07 17 6 853 851 8510 圖 1 7 凹模尺寸及公差 4 彎曲凹模的刃口尺寸計算 彎曲部分在彎曲的同時也進行了切邊 其刃口部分如圖 1 8 一般 彎曲凸模的半徑應(yīng)等于彎曲件內(nèi)側(cè)彎曲半徑 但在這個模具中 由 于只彎一個單彎角 故 應(yīng)等于工件半徑 凹r 故 1 凹r 則 應(yīng)為 3 6 t 我們選擇 2 5 彎曲凸模其它部分尺寸見圖 1 9 凸 凸r 5 彎曲模間隙的確定 間隙過大 則制件精度低 間隙過小 則彎曲力過大 制約直邊變薄 且 模具壽命降低 合理的 V 形件彎曲凸凹模單邊間隙值可按下式計算 c t kt 式中 c 彎曲凸凹模單邊間隙 mm t 材料厚度 mm 材料厚度正偏差 k 根據(jù)彎曲件高度 h 和彎曲線長度 b 而決定的系數(shù) 查表得 k 0 05 料厚 0 8 無偏差 0 故 c 0 8 0 0 05 0 8 18 0 8 0 04 0 84 切 邊 刃 口 18 5彎 曲 凸 模 圓 角 R2 72 3 圖 1 8 彎曲凸模刃口 圖 1 9 彎曲凸模 6 卸料彈簧的選擇 根據(jù)卸料力 2860N 壓料力 608N 由于兩者不是同時要求 我們滿足了卸 料力 就滿足了壓料力 故我們根據(jù)卸料力來選擇彈簧 我們采用 8 個彈簧 故每個彈簧承受的力為 357 5N 沖裁時 卸料板的工作行程為 h2 t 2 2 8 考慮凸模的修模量 h3 5 彈簧的預(yù)壓量為 h1 故彈簧的總壓縮量為 321H 總 h1 7 8 考慮卸料的可靠性 取彈簧的預(yù)壓縮量 h1時 就應(yīng)有 357 5N 的壓力 初 選彈簧鋼絲直徑 d 4 彈簧中徑為 22 工作極限負荷為 670N 自由高度 60 工作極限負荷下變形量 20 9 該彈簧在預(yù)壓 h1時 卸料力達 357 5N 即15 9 206753Fhjj1 19 h j 能滿足要求 95 18 75 1H 總 彈簧的裝配高度為 85 41 6010 裝 根據(jù)凸模 凹模及彈簧 螺釘?shù)牟贾?取卸料板的平面尺寸為 200 125 厚度為 20 7 選擇上下模板及模柄 采用 GB2855 6 81 后側(cè)帶導(dǎo)柱形式模板 根據(jù) 最大輪廓尺寸 200 125 我們選擇標準模板 L B 為 200 125 上 模板厚 40 下模板厚 50 選擇 30 50 旋入式模柄 8 擋料銷 始用擋料銷的選擇 一塊新條料在剛開始時 必須很好的定位 在這里 我們選用兩個彈性擋 料銷和一個始用擋料銷 兩個彈性擋料銷的規(guī)格為 6 10 長度 如圖 1 10 另外 還要用一個始用擋料銷寬度為 8 9 墊板 凸模固定板的設(shè)計 由于凸模比較多 上模板上因模柄為旋入式模柄 必須開孔 故采用墊板 加固 墊板厚度為 10 平面尺寸與卸料板相同 為 200 125 下模板由 于要進行彎曲 同時安裝彈性擋料銷的需要 也要采用墊板加厚 厚度為 11 其平面尺寸也為 200 125 沖孔凸模 彎曲凸模和落料凸模均采用固定板固定 固定板厚度取為 25 其平面尺寸為 200 125 圖 1 10 擋料銷 10 閉合高度 模具閉合高度應(yīng)為上模板 下模板 上墊板 壓料板 下墊板之和 再加 上壓料板與凸模固定板之間的距離 7 故 H0 40 10 25 7 20 15 18 50 185 20 所選壓力機閉合高度 220 220 60 160 滿足maxHmin 5 H 0 10 的要求 in 11 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 按 GB2861 2 81 查手冊得 選 d 25 其中導(dǎo)柱長度有 110 180 模具的閉合高度 H0 185 故選擇導(dǎo)柱的長度 L 170 查表找相應(yīng)的導(dǎo)套 其中長度有 80 85 90 95 可選較長的 80 12 卸料螺釘 按 GB2867 6 81 選 d 16 的帶肩卸料螺釘 螺柱長 L 58 卸料螺釘 窩深應(yīng)滿足 h 卸料板行程 螺釘頭高度 修磨量 5 安全間隙 2 6 8 16 5 2 6 31 35 對螺釘進行驗算 見圖 1 11 H 上模板厚 上墊板厚 凸模固定板厚 15 螺釘桿長 40 10 25 15 58 32 故所選螺釘長度滿足要求 定卸料螺釘窩深為 32 l 圖 1 11 卸料螺釘 13 模具壓力中心的計算 在進行模具總體設(shè)計時 應(yīng)使模具壓力中心與壓 力機滑塊中心相重合 否則 沖壓時會產(chǎn)生偏心載荷 導(dǎo)致模具以及壓力機滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損 這不僅 降低模具和壓力機的使用壽命 而且也影響沖壓件的 質(zhì)量 下面 我們采用平行力系合力作用線的求解方 4 21 法來找其壓力中心 我們先單獨求各孔的重心 圖 1 12 小孔 如圖 1 12 則重心坐標為 x 01 y01 1 432101llxl 432101llyyly 式中 l 1 l3 3 l 2 3 5 l 4 5 5 x1 0 x 2 1 75 x 3 3 5 x4 1 75 y1 1 5 y 2 0 y 3 1 5 我們先來求 l4的重心的 y 軸坐標 l4的方程為 x 1 75 2 y 3 2 1 752 2 3 75 1 x y 22 22 3y 75 1 dxs 為常量 75 43 sy 75 43 dsy 積分得 4 114 5 3 22 y 4 4 114 將各數(shù)據(jù)代入式中得 9675 1 375 130 x1 2 6 1 75 9614 5 305 130 y 627 2 1 兩個大孔的重心坐標即為其圓心 重心坐標為 2 x02 y02 切邊 如圖 1 13 3 設(shè)其重心坐標為 x 03 y03 我們同樣將其分為 l1 l 2 l 3 l 4四段 x1 3 25 x 3 8 5 圖 1 13 y1 19 y 3 9 5 l1 6 5 l 2 l4 3 14 l 3 15 我們同樣用積分的方法來求 x2 y 2 x 4 y 4 l2的方程為 x 6 5 2 y 17 2 2217 5 6x 4 y 5 6x 212 2 5 6x 4 4 23 為常量 5 86 dsx22 5 6x 4y1s 代入積分得 x 2 7 77 7 5 6x 同理可求得 y 2 18 27 2 184y l4的方程為 x 6 5 2 y 2 2 22 同理 我們利用重心坐標公式 bads x badpy 即可積分出 x4 7 5 6 y4 302 將各數(shù)據(jù)代入得 154 567 3871 x03 7 1 78 2 0 94 39 y03 11 7 24 彎曲部分 如圖 1 14 4 其重心坐標為 校自 校自 F8 1dxx25 480 27361 25 480 0 185 圖 1 14 y04 9 5 落料部分 如圖 1 15 5 圖 1 15 設(shè)重心坐標為 x 05 y05 132105llxxl 132105llyyl 求各數(shù)據(jù)得 l1 7 l 2 l13 3 14 l 3 l12 5 l4 l11 5 7 l 5 l10 102 l 6 l9 2 8 l7 l8 5 x1 0 x2 x13 0 73 x 3 x12 4 5 x4 x11 9 x 5 x10 62 x 6 x9 114 25 x7 x8 117 5 y1 11 5 y 2 16 27 y 3 17 y4 19 y 5 21 y 6 20 y7 19 y 8 0 y 9 1 y10 2 y 11 4 y 12 6 y13 6 73 將各數(shù)據(jù)代入公式中得 528 1027 5214 373059 56210 148 27 4 69 437x5 3 4 57 5 528 1027 5214 37365 210 18 2019 9 65 7y5 3 489 11 4 壓力中心的確定 6 根據(jù)前面所算得的數(shù)據(jù) 我們來求沖壓時的壓力中心 先建立坐標系如圖 1 16 然后計算各孔的輪廓線周長 l1 l 2 l n 其長度也就代表了各凸 模的沖孔力 同時確定各重心的坐標 設(shè)壓力中心的坐標為 x 0 y 0 則其公式為 6210llxx 6210llyyl 式中 l 1 254 3 l 2 l3 37 7 l 4 9 l5 27 8 l 1 19 x1 57 5 x 2 45 x 3 75 26 x4 123 5 x 5 127 1 x 6 120 185 y1 49 4 y 2 y3 11 5 y 4 2 1 y5 11 7 y 6 28 5 圖 1 16 壓力中心的求算 將各數(shù)據(jù)代入 得 198 27 37 254 185 20 597 35 24x0 5 386 67 6 198 27 37 24 5 28 51 7 924y0 5 381 37 1 故壓力中心的坐標為 67 6 37 1 模柄中心線通過該點 14 凸 凹模強度的校核 1 凹模外形尺寸的確定及校核 如圖 1 17 凹模厚度可查表 根據(jù)料厚及外形尺寸 我們查得 c 32 H 22 這可保證凹模有足夠的強度和剛度 故一般凹模尺寸確定后 不再作強度 校核 我們還可求得一個最小值 28 圖 1 17 凹模厚度 圓形 d321 p5 H0min 14 27 98 1 78 5 故刃口尺寸也能滿足其要求 對非圓形件 10 3 7 p5 1Hmin 故都能滿足要求 2 凸模外形尺寸及強度計算 凸模長度選定后 一般不作強度校核 但對細長或沖料厚的凸模 為防止 縱向失穩(wěn)和折斷 應(yīng)進行凸模承壓能力和抗彎能力的校核 我只對沖大孔和小 孔的兩個凸模進行校核 承壓能力的校核 1 圓形凸模 沖裁時凸模縮手的應(yīng)力 有平均應(yīng)力 和刃口的接觸應(yīng)力 k 兩種 孔徑大于沖裁件料厚時 接觸應(yīng)力 k大于平均壓應(yīng)力 因而強度核 算的條件是接觸應(yīng)力 k小于或等于凸模材料的許用應(yīng)力 查表得 1200MPa 即 k 2 1 0 5 t d 2 250 1 0 5 0 8 12 29 483 3Mpa 式中 t 沖件材料厚度 d 凸?；驔_孔直徑 沖件材料抗剪強度 Mpa k 凸模刃口接觸應(yīng)力 Mpa 凸模材料許用壓應(yīng)力 對于非圓形凸模 當凸模端面寬度 B 大于沖件材料厚度 t 時 可按下式計 算 如圖 1 18 圖 1 8 計 算 凸 模 強 度 時 面 積 的 取 法 k L t F k L 沖件輪廓長度 t 沖件材料厚度 沖件材料抗剪強度 Mpa Fk 接觸面積 取接觸寬度為 t 2 k 凸模刃口接觸應(yīng)力 凸模材料許用壓應(yīng)力 4 0L 258 3265 k Mpa4 0 500 Mpa 30 故承壓能力能滿足要求 抗彎強度校核 2 由于壓料板同時還起了一個導(dǎo)向作用 如圖 1 19 故校核公式為 圖 1 19 凸模 對于圓形凸模 pd85L2max 7 901 2 485 123 6 我們?nèi)〉?L 為 29 123 6 故滿足要求 對于非圓形凸模 pJ380max 7 6945 31 95 式中 L max 許用凸模的最大自由長度 d 凸模的最小直徑 p 沖裁力 J 凸模最小橫斷面的軸慣矩 我們?nèi)〉?L 為 29 95 故也滿足要求 第六章 繪制模具結(jié)構(gòu)總圖及零件圖 見各圖紙 32 結(jié)束語及致謝詞 一個多學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計 使我增長了不少見識 不斷的在無知中獲得新知 在碰到某些疑難問題時 通過不斷的到圖書館和網(wǎng)上查找資料以及向老師和同 學(xué)請教 得到了有效的解決 在整個過程中 我加深了對模具設(shè)計的認識 形 成了一個比較全面而系統(tǒng)的思維路線 在不斷的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中 形成了自己嚴謹?shù)霓k事風格 更重要的是 在這一過程中 我對模具的設(shè)計有 了一定的了解 由于本套模具實現(xiàn)了現(xiàn)實中的加工 應(yīng)用 因此 更加深了我 對模具應(yīng)用于生產(chǎn)實踐的認識 最后 感謝在設(shè)計中給予我巨大幫助的老師和同學(xué) 特別是我的指導(dǎo)老師 既要承擔一定的教學(xué)任務(wù) 又要進行科學(xué)研究 除此之外 還要指導(dǎo)同學(xué)的畢 業(yè)設(shè)計 可以說日理萬機 我們真的很感動 在此 讓我對老師表示最衷心的 感謝 老師忘我的工作態(tài)度 嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L以及待人和藹都給我留下了深刻 的印象 其影響必將伴隨我的一生 總之 在這次設(shè)計中 我既學(xué)到了科學(xué)文化知識 又學(xué)到了很多做人的道 理 路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索 33 參考文獻 1 日 太田哲 著 沖壓模具結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖解 北京 國防工業(yè)出版社 1983 2 趙英才 主編 沖壓模具入工門 浙江 浙江科學(xué)技術(shù)出版社 1999 3 姜奎華 主編 沖壓工藝與模具設(shè)計 北京 機械工業(yè)出版社 1998 4 許發(fā)越 主編 實用模具設(shè)計與制造手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2000 5 邱宣懷 主編 機械設(shè)計 北京 高等教育出版社 1997 6 李碩根 莫雨松等 主編 互換性與技術(shù)測量 北京 中國計量出版社出版 1998 7 沖模設(shè)計手冊 編寫組 主編 沖模設(shè)計手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1999 8 張秉璋 主編 板料沖壓模具設(shè)計 陜西 西北工業(yè)大學(xué)出版 1997 9 唐金松 主編 簡明機械設(shè)計手冊 上海 上?？萍汲霭嫔?2000 10 機械電子工業(yè)部主編 模具制造工藝和裝備 北京 機械工業(yè)出版社 1992 11 徐進 陳再枝 主編 模具材料應(yīng)用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2001 12 陳宏鈞 主編 機械加工工藝手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2000 15 黃毅宏 李明輝主編 模具制造工藝 北京 機械工業(yè)出版社 1999 16 陸名彰 主編 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 湖南 湘潭工學(xué)院出版 2000 17 蘇洪 李孟冬等 主編 機械設(shè)計與制造工藝簡明手冊 北京 中國電力出 版社出版 1998 1 18 印紅羽 張華誠 主編 粉末冶金模具設(shè)計手冊 北京 機械工業(yè)出版社出 版 2001 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 之類不正常現(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