汽車(chē)車(chē)身支架體底板的壓彎成形模設(shè)計(jì)
汽車(chē)車(chē)身支架體底板的壓彎成形模設(shè)計(jì),汽車(chē),車(chē)身,支架,底板,成形,設(shè)計(jì)
畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文
摘 要
論文主要介紹了湖北省東風(fēng)（十堰）車(chē)身部件有限責(zé)任公司車(chē)身支架體底板的壓彎成形模設(shè)計(jì)。本文側(cè)重于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，使用AutoCAD繪制二維工程圖，運(yùn)用pro/EWildfire 4.0軟件進(jìn)行三維數(shù)字化建模，模具的虛擬裝配，以及部分主要零部件的制造仿真，干涉分析。
本文對(duì)模具部分主要零部件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求作了詳細(xì)說(shuō)明；還對(duì)工藝方案的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性進(jìn)行了分析比較，模具參數(shù)作了理論計(jì)算；對(duì)整個(gè)模具的裝配步驟作了介紹，對(duì)主要零部件編制了制造工藝卡。著重介紹了數(shù)字化制造的概念，及NC加工的過(guò)程。筆者在整個(gè)壓彎成形模的設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格按照零件的工藝要求，綜合考慮了模具結(jié)構(gòu)的可靠性與科學(xué)性，確保制件質(zhì)量的前提下，運(yùn)用數(shù)字化手段縮短模具設(shè)計(jì)制造周期。
關(guān)鍵詞： 車(chē)身-支架體-底板 壓彎成形模具 CAD/Pro/E 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造 虛擬裝配 制造仿真
Abstract
Paper introduces the Hubei Dongfeng (Shiyan) Body Parts Co., Ltd. body frame backplane of bending the body forming die design. This paper focuses on computer-aided design and manufacturing, two-dimensional engineering drawings using AutoCAD drawing using the pro / EWildfire 4.0 software for three-dimensional digital modeling, mold assembly, and some major parts of the manufacturing simulation, interference analysis.
This part of the main components of the mold structure, a detailed description of the technical requirements; also craft programs of economic and technical feasibility analysis and comparison, mold parameters have been calculated; of the entire mold assembly steps are introduced,the preparation of the main components of the manufacturing process card.Highlighted the concept of digital manufacturing, and NC machining process.I bend forming die in the entire design process, in strict accordance with the part of the process requirements, considering the reliability of the mold structure and science, under the premise of ensuring the quality of parts, the use of digital means to reduce the mold design and manufacturing cycle.
Keywords：Body - stents body - floor bending Die CAD/ Pro/E
Three-dimensional digital design and manufacturing
modeling of virtual assembly manufacturing simulation
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
1 緒 論 7
1.1 課題來(lái)源、目的、意義 7
1.1.1 課題的來(lái)源 7
1.1.2 本課題研究目的 7
1.1.3本課題研究的意義 7
1.2 國(guó)內(nèi)外模具發(fā)展與現(xiàn)狀 8
1.2.1沖壓模具市場(chǎng)情況 8
1.3模具工業(yè)未來(lái)前景 9
1.4 CAD在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 10
1.4.1 國(guó)內(nèi)外模具CAD的發(fā)展?fàn)顩r 10
1.4.2 模具CAD技術(shù)的特點(diǎn) 11
1.5 數(shù)字化在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 12
2 工藝分析與模具結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 13
2.1 工藝分析 13
2.1.1零件結(jié)構(gòu)分析 13
2.1.2零件加工工藝分析 13
2.2 制定工藝方案 13
3 工藝計(jì)算 15
3.1 毛坯展開(kāi)計(jì)算 15
3.2彎曲力的計(jì)算 16
3.2.1自由彎曲力 16
3.2.2頂件力 17
3.2.3彎曲時(shí)壓力機(jī)的壓力確定 17
3.3計(jì)算壓力中心 17
3.3.1 確定壓力中心的目的 17
3.3.2 壓力中心的計(jì)算方法 17
4 沖壓設(shè)備選擇 19
4.1沖壓設(shè)備選擇的原則 19
4.2典型沖壓設(shè)備 19
4.2.1沖壓設(shè)備類(lèi)型的選擇 19
4.2.2沖壓設(shè)備規(guī)格的確定原則 20
4.3選擇沖壓設(shè)備 20
4.4模具閉合高度校核 21
4.4.1閉合高度 21
4.4.2閉合高度的校核 21
5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5.1.1方案分析 22
5.1.2方案的可行性分析 24
6 模具主要零部件設(shè)計(jì) 25
6.1 模具主要零件 25
6.2 凸、凹模設(shè)計(jì) 25
6.2.1計(jì)算凸模和凹模之間的閉合間隙 25
6.2.2凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
6.2.3凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
6.3上、下模板選擇 27
6.3.1技術(shù)要求 27
6.3.2上模板 28
6.3.3下模板 28
6.4 彈簧的選擇 28
6.4.1 彈簧選擇原則 28
6.4.2 卸料彈簧的選擇 29
6.5定位方式設(shè)計(jì) 29
6.5.1工件定位 29
6.6導(dǎo)向零件選擇 30
6.6.1導(dǎo)柱、導(dǎo)套選擇 30
6.7 托桿設(shè)計(jì) 30
6.8 擋塊 31
7 模具二維圖繪制 32
7.1模具工程圖要求 32
7.1.1功能要求 32
7.1.2技術(shù)指標(biāo) 32
7.2二維工程圖 33
7.2.1上模板 33
7.2.2下模板 34
7.2.3凹模鑲塊 35
7.2.4凸模 36
7.2.5固定座 37
7.2.6總裝配圖 38
8 三維數(shù)字化設(shè)計(jì) 39
8.1三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的基本概念 39
8.1.1數(shù)字化 39
8.1.2數(shù)字化設(shè)計(jì) 39
8.1.3傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程與數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程的比較 39
8.2 零件建模 41
8.2.1建模的基本概念 41
8.2.2三維實(shí)體建模的意義 42
8.2.3三維實(shí)體建模使用的軟件平臺(tái) 42
8.2.4上模板建模過(guò)程 43
8.2.5三維建模中應(yīng)注意的問(wèn)題 43
8.3 總裝配 44
8.4干涉檢查、分析 45
9 模具主要零部件制造工藝的編制 46
9.1數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 46
9.1.1數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì) 46
9.1.2數(shù)控加工工藝 48
9.2上模板加工工藝 49
9.3下模板加工工藝 50
9.4凹模鑲塊加工工藝 51
9.5凸模加工工藝 52
9.6固定座加工工藝 53
9.7裝配工藝 54
10 數(shù)字化制造 55
10.1 基本概念 55
10.1.1數(shù)字化制造 55
10.1.2 設(shè)計(jì)模型 55
10.1.3工件 55
10.1.4制造模型 56
10.1.5數(shù)控加工模型 56
10.1.6數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的主要性能要求 56
10.1.7 NC加工的優(yōu)勢(shì) 57
10.2 Pro/Mfg的操作流程 57
10.3 Pro/MFG加工方法 58
10.4凸模NC加工 59
10.4.1建立參考模型 59
10.4.2進(jìn)行制造設(shè)置 59
10.4.3加工序列 60
10.4.4各序列的參數(shù)設(shè)置如下表 60
10.4.5數(shù)控加工程序（見(jiàn)附件） 62
結(jié) 論 63
致謝 64
參考文獻(xiàn) 65
60
1 緒 論
1.1 課題來(lái)源、目的、意義
1.1.1 課題的來(lái)源
本課題將針對(duì)湖北省東風(fēng)（十堰）車(chē)身部件有限責(zé)任公司制造車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)的車(chē)身支架體底板進(jìn)行壓彎成形模具設(shè)計(jì)。
1.1.2 本課題研究目的
通過(guò)對(duì)汽車(chē)車(chē)身支架體底板的研究，綜合模具設(shè)計(jì)所要考慮的各個(gè)方面，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)結(jié)合三維軟件PRO/E，設(shè)計(jì)出一套完整的模具，并達(dá)到操作方便，省時(shí)省力，效率高，精度高等指標(biāo)。
由于汽車(chē)車(chē)身支架體底板是大批量生產(chǎn)，且是薄板零件，從加工工藝方面要求考慮，選用沖壓模具進(jìn)行加工制造最為適合，因此本畢業(yè)設(shè)計(jì)將緊緊圍繞沖壓模具，充分運(yùn)用我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，結(jié)合實(shí)習(xí)實(shí)踐對(duì)其設(shè)計(jì)，同時(shí)以三維軟件PRO/E為輔助完成這套沖壓模具的設(shè)計(jì)。從而達(dá)到對(duì)大學(xué)知識(shí)的鞏固，鍛煉我們應(yīng)用知識(shí)的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后的就業(yè)作鋪墊。
1.1.3本課題研究的意義
模具是零件成形過(guò)程的重要工藝裝備，是汽車(chē)、摩托車(chē)、電機(jī)電器等制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備。由于用模具成形的產(chǎn)品精度高、一致性好、外形美觀，加之生產(chǎn)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)高效、大批量并節(jié)材節(jié)能，所以模具也常被人們譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)之母。模具技術(shù)水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，也是保持其產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上優(yōu)勢(shì)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究性設(shè)計(jì)，可以使模具的尺寸精確、表面光潔；結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高、易于自動(dòng)化；設(shè)計(jì)符合工藝需要，縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本，增長(zhǎng)模具的使用壽命；通過(guò)數(shù)字化的設(shè)計(jì)流程，提高模具制造效率、產(chǎn)品質(zhì)量和加工精度，從而可以使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2 國(guó)內(nèi)外模具發(fā)展與現(xiàn)狀
1.2.1沖壓模具市場(chǎng)情況
1.2.1.1 我國(guó)模具行業(yè)的總體狀況［1］
我國(guó)政府對(duì)模具工業(yè)和模具技術(shù)發(fā)展非常重視，特別是在改革開(kāi)放以來(lái)，充分肯定了模具工業(yè)和技術(shù)在制造業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要基礎(chǔ)地位。國(guó)家投入大量資金，已取得不少技術(shù)成果，大大縮短了我國(guó)與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距。概括起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：
1.我國(guó)模具工業(yè)從基本上是以企業(yè)內(nèi)部自產(chǎn)自配為主的、附屬于產(chǎn)品生產(chǎn)的工裝行業(yè)，發(fā)展成了有相當(dāng)規(guī)模的，具有高技術(shù)行業(yè)特征的資金密集型、技術(shù)密集型裝備制造產(chǎn)業(yè)。
2.模具的生產(chǎn)從主要以傳統(tǒng)的、鉗工師傅為主導(dǎo)的技藝型手工生產(chǎn)方式，進(jìn)入到了普遍采用數(shù)字化、信息化設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)代。
3.模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理。重點(diǎn)骨干模具企業(yè)隊(duì)伍已經(jīng)形成。一批企業(yè)的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平有了大幅的提高。企業(yè)裝備水平普遍提高，加工中心等數(shù)控機(jī)床、CAD／CAM技術(shù)普遍采用，CAE技術(shù)也逐漸被采用。
4.為模具制造配套服務(wù)的體系日趨完善，我國(guó)模具工業(yè)體系基本完整。模具產(chǎn)業(yè)布局有所改善。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)模具工業(yè)還有較大差距，主要是，我國(guó)還處于全球產(chǎn)業(yè)鏈分工的中低端，模具產(chǎn)品也處于中低檔。
1.2.1.2 國(guó)外模具制造業(yè)的現(xiàn)狀［2］
1、在組織模具開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用并行工程和項(xiàng)目管理等技術(shù)和管理方法，加強(qiáng)了對(duì)工作流的控制，縮短了模具開(kāi)發(fā)周期，保證了質(zhì)量；在專業(yè)化生產(chǎn)方面，發(fā)達(dá)國(guó)家更加普遍。專業(yè)化分工是提高生產(chǎn)效率，縮短模具設(shè)計(jì)制造周期和保證產(chǎn)品質(zhì)量的必然發(fā)展趨勢(shì)，它有利于突出自己的核心業(yè)務(wù)，有利于積累產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)管理及服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，以在短期內(nèi)提供高質(zhì)量、低威本模具;
2、在高新技術(shù)的應(yīng)用方面，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)各種高新技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，更加深入，水平也較高，包括數(shù)字化模具技術(shù)(三維設(shè)計(jì)、CAPP、CAM、CAT……)、成形過(guò)程模擬(CAE)技術(shù)、高速加工技術(shù)、自動(dòng)化加工技術(shù)、新材料成形技術(shù)、表面處理技術(shù)、新型模具技術(shù)、信息化管理技術(shù)等等。高新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用使得模具的設(shè)計(jì)制造水平達(dá)到空前的高度.目前3D設(shè)計(jì)已達(dá)到了70%～89%。PRO/E、UG、CIMATRON等軟件的應(yīng)用很普遍。應(yīng)用這些軟件不僅可完成2D設(shè)計(jì)，同時(shí)可獲得3D模型，為NC編程和CAD/CAM的集成提供了保證。
3、在新技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新方面，包括威形方法的創(chuàng)新，成形品質(zhì)改善的創(chuàng)新，新材科成形技術(shù)的創(chuàng)新等．
1.2.1.3 我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展方向［1］
模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是高技術(shù)行業(yè)。模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一。沖壓技術(shù)發(fā)展方向滿足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。
(1)沖壓成形理論及沖壓工藝：加強(qiáng)理論研究，開(kāi)展CAE技術(shù)應(yīng)用。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用沖壓新工藝。
(2)模具先進(jìn)制造工藝及設(shè)備：數(shù)控化、高速化、復(fù)合化加工技術(shù)、先進(jìn)特種加工技術(shù)、精密磨削、微細(xì)加工技術(shù)、先進(jìn)工藝裝備技術(shù)、數(shù)控測(cè)量；
(3)模具新材料及熱、表處理：提高使用性能,改善加工性能，提高壽命。
(4)模具CAD/CAM技術(shù)：二、三維相結(jié)合的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)與數(shù)字化制造技術(shù)。
(5)快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)：加快模具的制造速度，降低模具生產(chǎn)成本。適應(yīng)小批量試制。
(6)先進(jìn)生產(chǎn)管理模式：并行工程思想、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)。
1.3模具工業(yè)未來(lái)前景
未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。要達(dá)到這一要求未來(lái)沖壓模具制造技術(shù)發(fā)展有以下幾個(gè)趨勢(shì)［4］：
(1)全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，模具CAD／CAE／CAM／PDM正向集成化、三維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化方向發(fā)展。
(2)高速銑削加工。國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的高速銑削加工，大幅度提高了加工效率，并可獲得極高的表面光潔度。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。
(3)模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)。高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。
(4)電火花銑削加工。電火花銑削加工技術(shù)也稱為電火花創(chuàng)成加工技術(shù)，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工型腔的新技術(shù)，它是有高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工，是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。
(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家一般為80%左右。
(6)優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具表面處理應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積等離子噴涂等技術(shù)。
(7)模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，研究自動(dòng)化、智能化的研磨與拋光方法替代現(xiàn)有手工操作，以提高模具表面質(zhì)量是重要的發(fā)展趨勢(shì)。
（8)模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的發(fā)展。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤(pán)；有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫(kù)；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
1.4 CAD在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
1.4.1 國(guó)內(nèi)外模具CAD的發(fā)展?fàn)顩r［6］
CAD技術(shù)經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在理論、技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。CAD技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)水平質(zhì)的飛躍，它已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化、信息化和集成化的攻關(guān)任務(wù)。在一些工業(yè)水平發(fā)展比較高的國(guó)家里，CAD技術(shù)已成為解決模具設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)的有效手段、模具行業(yè)自動(dòng)化的重要工具。汽車(chē)行業(yè)CAD技術(shù)的應(yīng)用狀況直接影響了企業(yè)的發(fā)展水平。
美國(guó)CAD技術(shù)始于50年代末期。進(jìn)入70年代，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)。自80年代以來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn)，CAD/CAM技術(shù)迅速普及，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)擴(kuò)展到工程設(shè)計(jì)。機(jī)械行業(yè)率先應(yīng)用CAD技術(shù)的是飛機(jī)制造和汽車(chē)制造等大型企業(yè)。各大汽車(chē)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)建立了自己的CAD /CAM系統(tǒng)。
日本模具CAD技術(shù)在80年代初已具備相當(dāng)規(guī)模。三菱汽車(chē)公司從1960年開(kāi)始發(fā)展，至今已形成了從車(chē)型款式設(shè)計(jì)到車(chē)身組裝的完整的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。豐田汽車(chē)公司在80年代初采用冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)覆蓋件的NTDFE和CADETT軟件及加工凸凹模的TINCA軟件。1989年正式推出了汽車(chē)覆蓋件模具CAD/CAM系統(tǒng)，即模具Die-CAD軟件[11]。
在西歐各國(guó)中，英國(guó)利蘭汽車(chē)公司主要發(fā)展了車(chē)身CAD技術(shù)，他們已在IBM370/158計(jì)算機(jī)、DEA Alpha三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及其它圖形設(shè)備上建立了完善的系統(tǒng)，可對(duì)油泥模型上采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，生成車(chē)身曲面并進(jìn)行光順處理；法國(guó)雷諾公司應(yīng)用 Euclid軟件作為CAD/CAM的主導(dǎo)軟件，目前已有95%的工作量由該軟件進(jìn)行，雷諾公司進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了各種實(shí)用性模塊，如用于干涉檢驗(yàn)的Megavision，用于鈑金分析的OPTRIS等。
1.4.2 模具CAD技術(shù)的特點(diǎn)
模具CAD/CAM技術(shù)之所以成為解決模具設(shè)計(jì)與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效手段，成為劃時(shí)代的新技術(shù)，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：
(1)便于實(shí)現(xiàn)模具通用化
CAD/CAM技術(shù)中特征技術(shù)和參數(shù)化技術(shù)的引入，基本完成了幾何造型向參數(shù)化造型的過(guò)渡，使零件設(shè)計(jì)的通用化成為可能。特征技術(shù)以工序零件為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)從工藝特征到結(jié)構(gòu)特征的映射。模具CAD/CAM系統(tǒng)通過(guò)特征識(shí)別或圖形交互輸入的方法，獲取特征信息，從而迅速設(shè)計(jì)出相應(yīng)零件。
(2)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率
傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)為手工設(shè)計(jì)，從二維草圖出發(fā)，依靠圖紙組織整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，模具制造基本基于經(jīng)驗(yàn)和技巧。采用CAD/CAM技術(shù)，發(fā)揮人機(jī)各長(zhǎng)，模具質(zhì)量不再依賴于人的因素，更大程度上依賴于物化因素，模具質(zhì)量更為可靠。計(jì)算機(jī)模擬仿真能夠迅速完善模具結(jié)構(gòu)，減少返修時(shí)間和成本，可以為企業(yè)贏得了生產(chǎn)時(shí)間。
(3)增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益
CAD/CAM軟件初期投資較大，收益具有一定的滯后性。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用能為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)作，將大批模具工作者從繁重的體力勞動(dòng)和復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中解放出來(lái)，有能力從事新產(chǎn)品和新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。以計(jì)算機(jī)為工具，發(fā)揮人的能動(dòng)性和創(chuàng)造性，企業(yè)能夠快速適應(yīng)市場(chǎng)形勢(shì)的變化，應(yīng)變能力增強(qiáng)。
(4)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程制造服務(wù)
CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，縮短了用戶和制造商之間的距離。利用網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)和服務(wù)，便于發(fā)揮各研究部門(mén)的專長(zhǎng)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
1.5 數(shù)字化在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
數(shù)字化已成為產(chǎn)品研制生產(chǎn)的必要手段。采用數(shù)字化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)和制造過(guò)程信息的存儲(chǔ)、傳輸、共享和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的定量化、最優(yōu)化、可視化的解決方案。
以數(shù)字化為核心的制造業(yè)信息化技術(shù)已成為制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和支撐?，F(xiàn)代產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過(guò)程包括概念設(shè)計(jì)、功能仿真、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)過(guò)程，還包括工藝設(shè)計(jì)、加工制造、質(zhì)量保證、使用維護(hù)、維修乃至報(bào)廢的產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。
數(shù)字化設(shè)計(jì)制造改變以模擬量為主的傳遞方式，不僅可以提高幾何模型的傳遞精度，而且可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短周期。
數(shù)字化設(shè)計(jì)制造應(yīng)用的工具主要有：CAD、UG、CATIA、PRO/E等。其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件Pro/ ENGINEER 是一個(gè)參數(shù)化的實(shí)體造型軟件,不但能生成真實(shí)的幾何形體、裝配出比較復(fù)雜的產(chǎn)品，還可進(jìn)行精確的模型分析,運(yùn)動(dòng)分析,全局干涉檢查等。Pro/ E 的參數(shù)化特征造型技術(shù)大大減輕了設(shè)計(jì)人員的繪圖工作量,提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率。利用Pro/ E相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具及技術(shù)開(kāi)發(fā)沖壓模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)等同時(shí)進(jìn)行,從而達(dá)到縮短模具的生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造周期,提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量的目的。
Pro/E軟件為模具制造過(guò)程引進(jìn)并行工程技術(shù)提供了可靠保證。Pro/E軟件采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和參數(shù)化造型技術(shù)，具備概念設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)的功能，為模具的集成制造提供了優(yōu)良的平臺(tái)。
2 工藝分析與模具結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
2.1 工藝分析
2.1.1零件結(jié)構(gòu)分析
汽車(chē)支架體-底板壓彎成形后工序零件如圖2.1.1所示：板厚2.3mm。
圖2.1.1零件圖
2.1.2零件加工工藝分析
根據(jù)東風(fēng)車(chē)身廠有限公司生產(chǎn)加工實(shí)際情況，分為七道工序：1、落料沖孔；2、壓彎成形；3、整形修邊；4、沖孔翻孔 ；5、焊接；6、修邊沖孔；7、整形。
本課題研究其中的第二道工序：壓彎成型工序。
2.2 制定工藝方案
東風(fēng)車(chē)身廠有限公司汽車(chē)支架體底板是大批量生產(chǎn)，零件為薄壁件，形狀較復(fù)雜，用沖壓工藝完成比較合適。
制件材料SPHC，熱軋鋼板，屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度；先落料沖孔，再經(jīng)過(guò)壓彎成形后的制件圖如下。
圖2.2制件圖
加工本工序的模具為單工序模，模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，加工制造相對(duì)方便，制造周期短，工藝成本低；要求能夠沖壓出合格的外形，能夠自動(dòng)頂出沖壓件、適合工廠大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，模具制造容易，模具的使用壽命長(zhǎng)。
在壓彎成形模中，凹模采用鑲塊形式節(jié)省工具鋼，降低成本，同時(shí)使加工制造方便，在保證模具質(zhì)量的同時(shí)，還便于模具的調(diào)整、維修和更換。
3 工藝計(jì)算
3.1 毛坯展開(kāi)計(jì)算
3.1.1零件尺寸圖
制件毛坯尺寸的確定：
長(zhǎng)度方向：256.7+0.25*3.14*12+28=294.1mm
寬度方向：（32+137.2）*2+86=424.4mm
確定坯料尺寸：取修邊余量單邊為25mm，長(zhǎng)度的修邊余量也單邊加25mm，
故毛坯的計(jì)算尺寸為：344.1mm*474.4mm。在實(shí)際生產(chǎn)中所用的毛坯板料尺寸為416.76mm*526.3mm。
零件的毛坯圖如下：
3.1.2毛坯圖
3.2彎曲力的計(jì)算［14］
為了選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具，必須計(jì)算彎曲力。彎曲力的大小不僅與毛坯尺寸、材料機(jī)械性能、凹模形腔寬度、彎曲半徑以及模具間隙等因素有關(guān)。而且與彎曲方式也有很大關(guān)系。因此，要從理論上計(jì)算彎曲力是很困難的、很復(fù)雜的，而且計(jì)算精度也不高。通常在生產(chǎn)實(shí)際中是采用經(jīng)驗(yàn)公式或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的理論公式進(jìn)行計(jì)算的。
3.2.1自由彎曲力
對(duì)U形件 （3-1）
式中F——彎曲結(jié)束時(shí)的自由彎曲力（N）；
b——彎曲件寬度（mm）；
t——彎曲件厚度（mm）；
r———彎曲件的彎曲半徑（mm）；
σb——材料的強(qiáng)度極限（MPa）；
k———安全系數(shù)，一般取1.3；
在本課題中毛坯的材料為熱軋鋼板SPHC,σb=270MPa；b=81.4mm;t=2.3mm;r=6mm;
代人公式可以求得F=12747N
3.2.2頂件力
對(duì)于設(shè)有頂件裝置的彎曲模，其頂件力可以近似取自由彎曲力的30%-80%。即Q=(0.3~0.8)F （3-2）
Q=0.7X12747N=8923N
3.2.3彎曲時(shí)壓力機(jī)的壓力確定
壓力機(jī)壓力：P=F+Q= P 壓 = 112747N +8923N =21670N
3.3計(jì)算壓力中心
3.3.1 確定壓力中心的目的
模具的壓力中心就是沖壓合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。
3.3.2 壓力中心的計(jì)算方法
模具的壓力中心有兩種計(jì)算方法：
（1）簡(jiǎn)單幾何圖形壓力中心的位置
簡(jiǎn)單幾何圖形壓力中心的位置在幾何圖形的幾何中心。
（2）確定多個(gè)凸模模具的壓力中心
確定多個(gè)凸模模具的壓力中心，是將各個(gè)凸模的壓力中心確定后，再計(jì)算模具的壓力中心。
該模具的壓力中心是彎曲力的作用點(diǎn)。
圖3.3.2
坐標(biāo)軸如圖，簡(jiǎn)單直線長(zhǎng)和壓力中心到Y(jié)軸的距離如圖標(biāo)示。
圖形關(guān)于X軸對(duì)稱 所以壓力中心（x0、y0）Y0=0
L
X
1
55
-54
2
96
-6
3
31.8
42
4
6
45
5
6
53
6
41.5
73.7
7
25
104
8
94
151
9
12
207.5
10
8.5
211.75
11
10.3
216
12
17.5
224.75
13
10
236.25
14
21.7
239
15
R13
243
代入L,X,Y值后得出：
=mm
計(jì)算得壓力中心（x0 ,y0）為（90.38 ,0）
4 沖壓設(shè)備選擇
4.1沖壓設(shè)備選擇的原則
沖壓設(shè)備的選擇是工序設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。合理地選用設(shè)備對(duì)工件保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、安全操作等有重大的影響，也為模具的設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。沖壓設(shè)備的選擇主要是依據(jù)模具的行程和尺寸來(lái)匹配壓力機(jī)的類(lèi)型和規(guī)格。
4.2典型沖壓設(shè)備
常規(guī)的沖壓設(shè)備，即指壓力機(jī)。壓力機(jī)的種類(lèi)很多，按照不同的角度可以把壓力機(jī)分成不同的類(lèi)別。如：按驅(qū)動(dòng)滑塊力的種類(lèi)分為機(jī)械的、液壓的、氣動(dòng)的等；按滑塊個(gè)數(shù)可分為單動(dòng)、雙動(dòng)、三動(dòng)式等；按驅(qū)動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)的種類(lèi)可分為曲柄式、肘桿式、摩擦式等；按機(jī)身結(jié)構(gòu)形式可分為開(kāi)式、閉式的等等。
4.2.1沖壓設(shè)備類(lèi)型的選擇［17］
沖壓設(shè)備類(lèi)型的選定主要取決于工藝要求和生產(chǎn)批量。
對(duì)于中小型的沖裁件，彎曲件或拉深件的生產(chǎn)，主要應(yīng)用開(kāi)式機(jī)械壓力機(jī)。雖然開(kāi)式?jīng)_床的剛度差，影響模具的壽命和沖裁件的表面質(zhì)量。但它操作方便、易安裝機(jī)械化附屬裝置，是目前中小型沖壓設(shè)備的主要形式。
對(duì)于大中型沖壓件的生產(chǎn)，多采用閉式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械壓力機(jī)。在大型拉深件的生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用雙動(dòng)拉深壓力機(jī)，因其可使所用模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。
在小批量生產(chǎn)當(dāng)中，尤其是大型厚板料沖壓件的生產(chǎn)多采用液壓機(jī)。液壓機(jī)無(wú)固定的行程，不會(huì)因?yàn)榘辶虾穸茸兓d，而且在需要很大的施力行程加工時(shí)，與機(jī)械壓力相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。但其速度低，生產(chǎn)效率不高，且零件的尺寸精度受操作因素的影響而不穩(wěn)定。摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、不易發(fā)生超負(fù)荷損壞等特點(diǎn)。但其行程次數(shù)較少，生產(chǎn)效率低，且操作不便。
在大批量生產(chǎn)或形狀復(fù)雜零件大量生產(chǎn)中，選用高速壓力機(jī)或多工位自動(dòng)壓力機(jī)。
根據(jù)實(shí)際情況，本模具擬選用開(kāi)式機(jī)械壓力機(jī)。
4.2.2沖壓設(shè)備規(guī)格的確定原則
沖壓設(shè)備規(guī)格的確定主要取決于工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)尺寸，曲柄壓力機(jī)必須滿足：
1）所選壓力機(jī)的公稱壓力必須大于沖壓所需的總沖壓力，即：。
2）壓力機(jī)的行程大小要適當(dāng)。由于壓力機(jī)的行程影響到模具的張開(kāi)高度，因此對(duì)于沖裁模具，其行程不宜過(guò)大，以免發(fā)生模座與導(dǎo)向裝置脫開(kāi)的不良后果。
3）所選壓力機(jī)的閉合高度應(yīng)與沖模的閉合高度相適應(yīng)。即滿足：沖模的閉合高度介于壓力機(jī)的最大閉合高度和最小閉合高度之間。
4）壓力機(jī)的工作臺(tái)面的尺寸必須大于模具下模座的外形尺寸，并要留有安裝固定的余地。一般每邊應(yīng)大出50-70mm以上。
4.3選擇沖壓設(shè)備
根據(jù)所需的工藝力F=1556KN，模具的閉合高度H=413.3mm，行程174.2mm模具的外廓尺寸為，選用開(kāi)式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)JD31-630,其技術(shù)參數(shù)為:
公稱壓力 6300KN；
公稱力行程13mm；
壓力行程400mm；
滑塊行程次數(shù)12次/分；
最大裝模高度700mm；
裝模高度調(diào)節(jié)量250mm；
模具最大閉合高度805mm；
模具最小閉合高度595mm；
工作臺(tái)尺寸 1700mm1500mm；
工作臺(tái)墊板厚度200mm；
氣墊壓緊力100t；
滑塊底面尺寸前后1400mm。
4.4模具閉合高度校核
4.4.1閉合高度
沖床的閉合高度是指滑塊在下止點(diǎn)時(shí)，滑塊底平面到工作臺(tái)（不包括沖床墊板厚度）的距離。沖床的調(diào)節(jié)螺桿可以上、下調(diào)節(jié)，當(dāng)滑塊在上止點(diǎn)位置，調(diào)節(jié)螺桿向上調(diào)節(jié)，將滑塊調(diào)整到最上位置時(shí)，滑塊底面到工作臺(tái)的距離，稱為沖床的最大閉合高度。當(dāng)滑塊在下止點(diǎn)位置，調(diào)節(jié)螺桿向下調(diào)節(jié)，將滑塊調(diào)整到最下位置時(shí)，滑塊底面到工作臺(tái)的距離，稱為沖床的最小閉合高度。
4.4.2閉合高度的校核
為使模具正常工作，模具閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)介于沖床最大和最小閉合高度之間，壓力機(jī)的閉合高度必須滿足：
-5+10 （5-1）
如果模具閉合高度小于沖床的閉合高度，可以采用墊板，其厚度為 ，壓力機(jī)的閉合高度必須滿足：
--5-+10 （5-2）
其中，-和- 分別為模具安裝在沖床墊板上時(shí)，沖床的最大和最小裝模高度。上式中的5mm是考慮裝模方便所留下的間隙，10mm是保證修模所留尺寸。
模具閉合高度H=413.3mm
模具工作時(shí)最大高度H=413.3+137.2+37=587.5mm
模具閉合高度825-5575+10不滿足，因而需加墊板=200mm
--5=825-200-5=620mm
-+10=575-200+10=385mm
已知：=587.5mm，=413.3mm，壓力機(jī)的行程可調(diào)節(jié)在離墊板上表面285mm～620mm之間，模具的閉合高度在此范圍內(nèi)。
因此，根據(jù)沖壓力、閉合高度、外闊尺寸等依據(jù)，選擇該設(shè)備是合適的。
5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1.1方案分析
5.1.1.1 方案一
導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，選用正裝式結(jié)構(gòu),凹模安裝在下工作臺(tái), 凸模安裝在上模板上,采用彈性壓料裝置，同時(shí)又作卸料裝置［10］。模具組成如圖所示：
圖5.1.1.1 方案一
1-導(dǎo)柱導(dǎo)套 2-固定座 3-凸模 4-上模板 5-凹模
6-行程限位器 7-下模板 8-頂出器 9-托桿 10-反側(cè)板
優(yōu)點(diǎn)：采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向方便可靠，雖然制件精度及質(zhì)量要求較高，但是標(biāo)準(zhǔn)件，成本較低；在凸模內(nèi)安裝三個(gè)彈簧，既作彈性壓料裝置又作卸料裝置；
缺點(diǎn)：由于鑲塊較多，凹模制造比較復(fù)雜，對(duì)工人模具裝配的要求較高；由于沖壓面不是平面，有一定的側(cè)向沖壓力，而導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向抗側(cè)壓力的能力弱。
5.1.1.2 方案二
導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，選用倒裝式結(jié)構(gòu),凸模安裝在下模板上, 凹模安裝在上模板上,采用彈性壓料裝置，彈性卸料裝置，模具結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5.1.1.2 方案二
1-導(dǎo)柱導(dǎo)套 2-頂出器 3-行程限位器 4-固定座
5-下模板 6—彈簧 7-凹模 8-凸模 9 -反側(cè)板
優(yōu)點(diǎn)：不用托桿，結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
缺點(diǎn)：倒裝結(jié)構(gòu)凸模在下模板，放制件又不易找正，取制件時(shí)會(huì)損壞凸模和制件；較大的凹模跟隨上模板運(yùn)動(dòng)，對(duì)凹模有較大沖擊，操作和安全性差，維修不方便。
5.1.1.3方案三
導(dǎo)板導(dǎo)向，選用正裝式結(jié)構(gòu),凹模安裝在下工作臺(tái),凸模安裝在上模板上, 采用彈性壓料裝置，頂出器卸料裝置［10］。如圖所示：
圖5.1.1.3 方案三
1-反側(cè)板 2-彈簧 3-上模板 4-凸模 5-導(dǎo)板
6-固定螺釘 7-下模板 8-頂出器 9-托桿
優(yōu)點(diǎn)：正裝結(jié)構(gòu)，放制件時(shí)由于自重容易找正，；采用導(dǎo)板導(dǎo)向能承受沖擊力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，便于操作；
缺點(diǎn)：采用導(dǎo)板導(dǎo)向，由于間隙較大，導(dǎo)致制件精度達(dá)不到要求。
5.1.2方案的可行性分析
方案一與方案二比較：方案二采用倒裝結(jié)構(gòu)頂出制件的能力有限，易造成取件困難；同時(shí)對(duì)裝配和維修有影響；方案一凹模裝配雖然對(duì)精度要求高，但放制件時(shí)由于自重容易找正，維修方便。
方案一與方案三比較：方案三采用導(dǎo)板導(dǎo)向，雖然成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以承受側(cè)向力，但導(dǎo)向精度不高，一般用于精度不高的場(chǎng)合，另外它的加工比較困難，而且必須采用行程可調(diào)壓力機(jī)；方案一用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，其導(dǎo)向比導(dǎo)板可靠，精度高，壽命長(zhǎng)，安裝使用方便，廣泛用于生產(chǎn)批量大，精度要求高的沖裁件。
綜合以上幾方面考慮，方案一采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向、凸凹模正裝，適合大批量生產(chǎn)，模具壽命長(zhǎng)，有利于生產(chǎn)組織和操作安全，工件精度高；同時(shí)正裝調(diào)整容易，定位加工精度高，模具壽命較長(zhǎng)。雖然模具相對(duì)較為復(fù)雜、成本也相對(duì)較高，但大批量生產(chǎn)還是可取的。
因此，從滿足經(jīng)濟(jì)性、高效率、高精度的角度出發(fā)，選擇方案一作為最終確定方案。
6 模具主要零部件設(shè)計(jì)
6.1 模具主要零件［19］
凸模
工作零件 凹模鑲塊
擋料銷(xiāo)
導(dǎo)正銷(xiāo)
定位銷(xiāo)
工藝零件 定位零件 導(dǎo)料銷(xiāo)
卸料板
頂件器
卸料、推料 頂桿（頂銷(xiāo)）
及壓料零件 托桿
模具零件
上下模座
支持及 凹模固定板
夾持零件 墊板
行程限位
導(dǎo)柱
輔助結(jié)構(gòu)零件 導(dǎo)向零件 導(dǎo)套
螺釘
銷(xiāo)釘
緊固及 彈簧
其他零件 其他
6.2 凸、凹模設(shè)計(jì)
6.2.1計(jì)算凸模和凹模之間的閉合間隙
由于本道工序?yàn)閴簭潖?fù)雜曲面，因而凸模與凹模之間的間隙為制件的厚度，其間隙為2.3mm。
6.2.2凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［20］
壓彎成形模具的凸、凹模分別與上下底板連接，凸模與凹模的接觸部分形狀與制件的外輪廓一致，加工時(shí)采用數(shù)控加工。凹模鑲塊和凸模采用圓銷(xiāo)定位，再用螺釘連接在上下模板上。
凹模采用鑲塊形式，方便加工維修。
（1）鑲塊的分塊主要原則
① 分塊大小要適應(yīng)加工條件，直線段適當(dāng)長(zhǎng)些，形狀復(fù)雜或拐角處取短些，盡量取標(biāo)準(zhǔn)值。
② 分塊應(yīng)便于加工、裝備調(diào)整和誤差補(bǔ)償，最好為矩形。
③ 為了消除結(jié)合面制造的垂直度誤差，兩鑲塊之間的結(jié)合面寬度應(yīng)盡量小些。
④ 對(duì)于易磨損的鑲塊，應(yīng)盡量取小些，以便更換。
⑤ 由很多鑲塊依次相接時(shí)，特別是整周鑲塊，為了補(bǔ)償鑲塊在制造中存在的偏差，需要設(shè)計(jì)一塊鑲塊作為補(bǔ)償鑲塊。補(bǔ)償鑲塊應(yīng)選在立體曲面比較平滑、形狀簡(jiǎn)單處，其長(zhǎng)度要比設(shè)計(jì)加長(zhǎng)3～4mm。
（2）凹模鑲塊結(jié)構(gòu)
圖6.2.2凹模鑲塊
6.2.3凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模采用整體結(jié)構(gòu)，該模具是左右對(duì)稱件沖壓，凸模也是左右對(duì)稱的整體結(jié)構(gòu)。凸模結(jié)構(gòu)為：
圖6.2.3凸模
6.3上、下模板選擇
模板應(yīng)具有足夠的承受沖擊負(fù)荷的性能，特別是下模板還必須有良好的抗彎曲性能。上下模板和導(dǎo)柱導(dǎo)套構(gòu)成了模具的模架，一般在實(shí)際生產(chǎn)中，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)模架。這種模架零件結(jié)構(gòu)型式、規(guī)格和技術(shù)條件實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以便于專業(yè)化加工和制造。生產(chǎn)中采用標(biāo)準(zhǔn)模架，是改變模具單件生產(chǎn)的基本措施，是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高模具制造質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、推動(dòng)模具標(biāo)準(zhǔn)化的有效措施和方法。
因?yàn)楸镜拦ば驗(yàn)閴簭澇尚?，?duì)模具的導(dǎo)向精度要求很高，模板選用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。
6.3.1技術(shù)要求
1. 模板的上下平面平行度允差要求為：0.05：500。上下表面粗糙度為Ra 1.6 - 0.8μm ,在保證平行度的前提下，可允許降低為Ra3.2~1.6μm。
2. 模板上的導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔，必須與基面垂直，其垂直度允差為：0.01：100（mm）
3. 模板上的自由尺寸按IT14制造；
4. 非工作部分外緣銑角邊，制成（2～4）×45°倒角；
5. 模板上、下工作平面，精磨后的表面粗糙度要求為R1.60m；
6. 非安裝表面可按非加工表面要求處理。
6.3.2上模板
取上模座厚度=80mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 參考標(biāo)準(zhǔn)為：QM1105-02。
6.3.3下模板
取下模座厚度=100mm，L=780mm，B=550mm,上模座：HT250 參考標(biāo)準(zhǔn)為：QM1105-02。
6.4 彈簧的選擇
6.4.1 彈簧選擇原則
1）壓力要足夠。即
（6.1）
式中 ——彈簧的預(yù)壓力（N）；
——卸料力或頂出力（N）；
n——彈簧的根數(shù)。
壓縮量要足夠。即
》 = + +
——彈簧允許的最大壓縮量，mm；
—— 彈簧需要的壓縮總量，mm；
——彈簧與壓縮量，mm；
——托料板、推件塊，壓邊圈的工作行程，mm；
—— 模具修磨量或者調(diào)整量，mm，一般取4-6mm。
2) 彈簧應(yīng)保證脫料力足夠，且分布合理。
脫料力F=（0.07—0.2）沖裁力P乘以系數(shù)K
式中系數(shù)K,超薄材料取0.07,3mm以上取0.2；沖裁力P=箭口周長(zhǎng)LX抗剪強(qiáng)度SX材料厚度t；抗剪強(qiáng)度S經(jīng)驗(yàn)值A(chǔ)I為8，Cu為25，PCU為30，SPHC為35，SUS為60。
3）彈簧應(yīng)對(duì)稱分布，并且要集中在凸模中心線處。
4) 要符合面具結(jié)構(gòu)空間的要求。因模具閉合高度的大小，限定了所選彈簧在預(yù)壓狀態(tài)下的長(zhǎng)度；上下模座的尺寸限定了卸料板的面積，也就限定了允許彈簧占用的面積，所以選取彈簧的根數(shù)、直徑和長(zhǎng)度，必須符合模具結(jié)構(gòu)空間的要求。
6.4.2 卸料彈簧的選擇［4］
選取彈簧標(biāo)準(zhǔn)QM7112-02 選取DminXH0=32X150
查手冊(cè)知：f—彈簧剛度， f=42.9N/mm
彈簧壓縮量， s=52.5m
彈簧荷重， FS=f*s=2250N
模具所需的卸料力F卸=8923N
彈簧個(gè)數(shù)N= FS /F卸=8923/2250≈3 ，取彈簧個(gè)數(shù)為 3。
6.5定位方式設(shè)計(jì)
6.5.1工件定位
定位元件的作用是保證定位元件的定位面和工件定位基準(zhǔn)面相接觸或配合，實(shí)現(xiàn)工件的準(zhǔn)確定位。定位元件的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：
要有與工件相適應(yīng)的精度；要有足夠的剛度，不允許受力后發(fā)生變形；要有耐磨性，以便在使用中保持精度。因?yàn)楸镜拦ば驗(yàn)閴簭澇尚?，因而?duì)模具的導(dǎo)向精度要求較高，因而選用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。由于沖壓時(shí)側(cè)向力不大，因而下模板和凹模鑲塊的定位采用圓銷(xiāo)定位，上模板和凸模也采用圓銷(xiāo)定位。
6.6導(dǎo)向零件選擇
6.6.1導(dǎo)柱、導(dǎo)套選擇
導(dǎo)向零件是用來(lái)保證上模相對(duì)于下模的正確運(yùn)動(dòng)。模具中應(yīng)用最廣的導(dǎo)向零件是滑動(dòng)導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
導(dǎo)柱、導(dǎo)套的外形尺寸及之間的配合間隙應(yīng)按國(guó)標(biāo)來(lái)確定。一般情況下，導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)保證沖模在最低位置時(shí)，導(dǎo)柱上端面與上模座頂面距離不小于10～15mm；而下模座面與導(dǎo)柱壓入底面的距離不應(yīng)小于2～5mm。
零件料厚為2.3mm,根據(jù)沖壓力和導(dǎo)向精度要求，選用基本尺寸為50mm的導(dǎo)柱和導(dǎo)套，其配合采用H7/h6的間隙配合，導(dǎo)柱、導(dǎo)套和模座的配合分別采用H7/r6、R7/r6過(guò)盈配合。
導(dǎo)柱查QM1202-02，標(biāo)記為d=50mm，L=355mm；
導(dǎo)套查QM1222-02，標(biāo)記為D=50mm。
6.7 托桿設(shè)計(jì)
托桿承受壓力作用設(shè)桿的最小截面直徑為，則必須滿足，即
（6.1）
壓料力為=8923N,用3根推桿則每個(gè)托趕上的力為
F=/3==2974N
則：===2974N
桿的材料為45鋼 查續(xù)表7.1可知=600，
則=≈2mm,
查QM4105-93，取直徑為=38mm，取L=557mm熱處理后表面硬度達(dá)到：HRC452。
圖6.7 托桿
6.8 擋塊
為了更加精確的定位，防止毛坯在壓彎時(shí)移動(dòng)，在凸模和頂出器間用擋塊定位，尺寸規(guī)格為2070一件，擋塊厚度為10mm，擋鍵用內(nèi)六角螺釘固定在頂出器上。熱處理后表面硬度達(dá)到：HRC302。如圖：
圖6.8 擋塊
7 模具二維圖繪制
7.1模具工程圖要求
7.1.1功能要求［4］
（1）凸、凹模是模具上的關(guān)鍵零件，它應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和硬度，不能在沖壓過(guò)程中斷裂或破壞。對(duì)其材料及熱處理應(yīng)有適當(dāng)要求，防止硬度太高而脆裂。
（2）模具要有恰當(dāng)?shù)拈]合高度，應(yīng)滿足用戶沖床要求，為使模具正常工作，閉合高度必須與沖床的閉合高度相適應(yīng)，應(yīng)介于最大與最小閉合高度之間。
（3）螺釘、彈簧等緊固彈性零件采用標(biāo)準(zhǔn)件，選用時(shí)在保證緊固和彈性頂出功能同時(shí)，為避免碰傷人手和妨礙操作，應(yīng)避免緊固件暴露在外表面操作位置上。
（4）導(dǎo)向零件的作用是保證凸凹模在沖壓工作時(shí)有精確的配合間隙。因此，導(dǎo)柱、導(dǎo)套的間隙應(yīng)小于沖裁間隙。導(dǎo)柱設(shè)在下模座，應(yīng)安排在遠(yuǎn)離模塊和壓料板的部位，保證在沖程下死點(diǎn)時(shí)導(dǎo)柱的上端面在上模板頂面以下最少10至20毫米。導(dǎo)柱應(yīng)安排在遠(yuǎn)離模塊和壓料板的部位，使操作者的手臂不用越過(guò)導(dǎo)柱送取料。
（5）支承及夾持零件它包括上下模板、凹模鑲塊固定座、限位器等；上下模板是沖模的基礎(chǔ)零件；其他各種零件都分別安裝固定在上面。模板的平面尺寸，尤其是前后方向應(yīng)與制件相適應(yīng)，過(guò)大或過(guò)小均不利于操作。
（6）托桿應(yīng)具有足夠的頂出力，運(yùn)動(dòng)要有限位。
7.1.2技術(shù)指標(biāo)［4］
（1）制件精度±0.5mm；
（2）上、下模板材料HT250，其上未注明圓角半徑尺寸為R3～R5mm；裝配前倒去除工作零件的工作部分外所有棱邊；
（3）凸材料為T(mén)10A,凹模材料為Cr12MoV,圖上未注倒角2Х45°，倒圓角R3mm；未注公差尺寸的極限偏差按GB1804—79規(guī)定的IT14級(jí)，孔尺寸為H14，軸尺寸為h14，長(zhǎng)度尺寸為JS14；
（4）導(dǎo)柱和導(dǎo)套材料為20#,HRC58-62；頂出器材料為45#，HRC40-45；固定座材料為45#，HRC28-32；反側(cè)板材料為T(mén)10A,HRC50-55；
（5）托桿、彈簧、內(nèi)六角螺釘、圓柱銷(xiāo)選用標(biāo)準(zhǔn)件；
（6）粗糙度要求：滑動(dòng)面0.8μm；剛結(jié)合面1.6μm；與零件不附著的加工面6.3μm;不需要機(jī)械加工的按鑄件表面要求；凸模、凹模鑲塊、頂出器等模具零件的型面按數(shù)模要求進(jìn)行加工；
（7）模具閉合后凸模進(jìn)入凹模137.3mm；裝配保證凸模與凹模之間的間隙為2.5mm且均勻；
（8）上下模板、固定座的兩平面的平行度應(yīng)符合公差要求；
（9）部分零件加工前應(yīng)分別進(jìn)行時(shí)效處理和退火處理，凸凹模修整前要熱處理達(dá)到規(guī)定的硬度要求；
（10）模具涂紅色防銹漆，限位部分涂黃色安全漆。
7.2二維工程圖
用AutoCAD2007繪制壓彎成形模的總裝配圖，以及上模板、下模板、凹模鑲塊、凸模、卸料板，托桿等零件圖。
7.2.1上模板
上模板二維圖如下所示：
7.2.1上模板
7.2.2下模板
下模板二維圖如下所示：
圖7.2.2下模板
7.2.3凹模鑲塊
凹模鑲塊二維圖如下所示：
圖7.2.3凹模鑲塊
7.2.4凸模
凸模二維圖如下所示：
圖7.2.4凸模
7.2.5固定座
固定座二維圖如下所示：
圖7.2.5固定座
7.2.6總裝配圖
圖7.2.6總裝配圖
8 模具三維數(shù)字化設(shè)計(jì)
8.1三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的基本概念
8.1.1數(shù)字化
數(shù)字化是指利用數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容和體系進(jìn)行改造的進(jìn)程。數(shù)字化的核心是離散化，其本質(zhì)是如何將連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象、設(shè)計(jì)制造過(guò)程的物理量和伴隨制造過(guò)程而出現(xiàn)和產(chǎn)生的幾何量、設(shè)計(jì)制造環(huán)境、個(gè)人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力離散化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。
8.1.2數(shù)字化設(shè)計(jì)
數(shù)字化設(shè)計(jì)就是通過(guò)數(shù)字化的手段來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，旨在建立一套基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)全過(guò)程的設(shè)計(jì)方法。數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵是支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程、支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的控制與優(yōu)化等。
8.1.3傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程與數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程的比較
8.1.3.1傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程模型為順序模型，企業(yè)選擇該類(lèi)模型的支配因素是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量與降低成本。按這種模型，新產(chǎn)品設(shè)計(jì)在交給制造部門(mén)之前，按照?qǐng)D中順序在企業(yè)的不同部門(mén)內(nèi)完成。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)或后續(xù)的制造發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不合理之處，再返回到設(shè)計(jì)的某個(gè)階段，如詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行再設(shè)計(jì)，一直到滿足要求為止。
圖8.1.3.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)
8.1.3.2數(shù)字化并行設(shè)計(jì)過(guò)程
數(shù)字化并行設(shè)計(jì)是一個(gè)持續(xù)地改善產(chǎn)品性能的過(guò)程，它是在不影響產(chǎn)品性能的前提下，最大限度地不斷改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝性、質(zhì)量與成本的控制和相應(yīng)的管理規(guī)劃，以減少制造成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)效率，努力做到設(shè)計(jì)一次成功。
圖8.1.3.2數(shù)字化并行設(shè)計(jì)
8.1.3.3數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程的特點(diǎn)
(1)廣泛采用CAx工具：CAx軟件的應(yīng)用是數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，標(biāo)志著數(shù)字化設(shè)計(jì)的開(kāi)始。
(2)面向產(chǎn)品全生命周期：數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須考慮產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、分析、裝配、試驗(yàn)、加工、維修、銷(xiāo)售、服務(wù)等。
(3)基于知識(shí)的設(shè)計(jì)：產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一步都滲透著設(shè)計(jì)者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)獲取是其中最為重要、最為繁重，也是最需要在大范圍中進(jìn)行廣泛合作的過(guò)程。
(4)跨地域：制造的全球化使得參與設(shè)計(jì)過(guò)程
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