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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 相 關 資 料 題目 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923215 學生姓名 王 吉 指導教師 鐘建剛 職稱 副教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 目 錄 一 畢業(yè)設計 論文 開題報告 二 畢業(yè)設計 論文 外文資料翻譯及原文 三 學生 畢業(yè)論文 論文 計劃 進度 檢查及落實表 四 實習鑒定表 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 開 題 報 告 題目 鎖芯套冷沖壓工藝及級進模設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923215 學生姓名 王 吉 指導教師 鐘建剛 職稱 副教授 職稱 2012 年 11 月 22 日 課題來源 來源于無錫明達電器有限公司 是電器產(chǎn)品上的一個零件 科學依據(jù) 包括課題的科學意義 國內(nèi)外研究概況 水平和發(fā)展趨勢 應 用前景等 1 課題科學意義 模具是機械工程及其自動化專業(yè)的一個專業(yè)方向 選擇模具方向的畢業(yè)設計題目 完全符合本專業(yè)的要求 從應用性方面來說 模具又是生產(chǎn)效率極高的工具之一 能 有效保證產(chǎn)品一致性和可更換性 具有很好的發(fā)展前途和應用前景 連續(xù)模在模具中 技術含量高 制造 裝配難度大 因此本課題研究連續(xù)模的沖壓工藝 排樣方案 模 具結構分析等方面 同時要求學生要有良好的心理素質(zhì)和仔細認真的作風 對學生也 是一次很好的鍛煉機會 2 研究狀況及其發(fā)展前景 隨著電子 信息等高新技術的不斷發(fā)展 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維 化 智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展 模具 CAD CAE CAM 技術是模具設計 制造技術的發(fā) 展方向 模具和工件的檢測數(shù)字 模具軟件功能集成化 模具設計 分析及制造的三 維化 模具產(chǎn)業(yè)的逆向工程以及模具軟件應用的網(wǎng)絡化是主趨勢 模具發(fā)展日新月異 今后其發(fā)展趨勢大致包括以下方面 1 發(fā)展高效模具 對于大批量生產(chǎn)用模具 應向高效率發(fā)展 如為了適應當前高速 壓力機的使用 應發(fā)展多工位級進模以提高生產(chǎn)效率 2 發(fā)展簡易模具 對于小批量生產(chǎn)用模具 為降低成本 縮短模具制造周期 盡量 發(fā)展薄板沖模 鋅合金 低熔點合金 環(huán)氧樹脂等簡易模 3 發(fā)展多功能模具 為了提高效率和保證制品的質(zhì)量 要采用多工位級進模及具有 組合功能的雙色 多色塑料注射模等 4 發(fā)展高壽命模具 高效率必然需要高壽命 為了達到高壽命 除模具本身結構優(yōu) 化外 還要對材料的選用和熱處理 表面強化技術予以開發(fā)和創(chuàng)新 5 發(fā)展高精度模具 要實現(xiàn)模具的高精度 在模具的設計與加工中必然要使用高精 度加工設備和高技術加工工藝 要進一步發(fā)展數(shù)控機床和加工中心的使用 要發(fā)展 CAD CAE CIM 等高新技術 研究內(nèi)容 本課題研究連續(xù)模的沖壓工藝 排樣方案 模具結構分析等方面 通過平時的學 習和專業(yè)老師的精心指導以及查閱大量資料 從而能夠有序的完成模具的設計過程 所以通過此次論文寫作 我更進一步體會了模具在制造業(yè)中的作用 在本篇論文中我 將較多的研究和調(diào)查沖壓模具 探討沖壓模具在模具工業(yè)中現(xiàn)在的研究狀況和將來的 發(fā)展 為以后的實際工作打下了堅實的理論基礎 擬采取的研究方法 技術路線 實驗方案及可行性分析 首先 要對零件的工藝進行分析 課題的鎖芯套零件的方按 采用先沖孔 再預 剪 之后翻邊 最后落料的工藝 其次 是對零件的排樣方按的設定 通過計算 選 擇最優(yōu)的排樣方按 之后 則是對沖壓凹凸模的設計計算 合理的沖裁間隙關系著沖 裁模的沖裁質(zhì)量和沖裁模具本身的壽命 也是模具設計中較為重要的一個環(huán)節(jié) 最后 是模架和壓力機的選用 研究計劃及預期成果 研究計劃 2012 年 11 月 12 日 2012 年 12 月 2 日 按照任務書要求查閱論文相關參考資料 填寫 畢業(yè)設計開題報告書 2012 年 12 月 3 日 2013 年 3 月 1 日 工作計劃 進度 2013 年 3 月 4 日 2013 年 3 月 15 日 查閱參考資料 學習并翻譯一篇與畢業(yè)設計相關 的英文材料 2013 年 3 月 18 日 2013 年 4 月 12 日 沖壓工藝設計 模具結構設計 刃口尺寸和主 要零件結構設計和尺寸計算 2013 年 4 月 15 日 2013 年 5 月 3 日 繪制模具裝配圖和零件圖 2013 年 5 月 6 日 2013 年 5 月 25 日 工藝文件 畢業(yè)論文撰寫和修改工作 預期成果 1 完成模具裝配圖 1 張 A0 或 A1 2 零件圖 主要非標準件零件圖 不少于 5 張 3 冷沖壓工藝卡片 1 張 4 設計說明書 1 份 5 翻譯 8000 以上外文印刷字符或譯出約 5000 左右漢字的有關技術資料或?qū)I(yè) 文獻 內(nèi)容要盡量結合課題 特色或創(chuàng)新之處 該課題主要針對鎖芯套零件 在對零件沖孔 翻邊和落料的成形工藝分析的基礎 上 提出了該零件采用多工位級進模的沖壓方案 在排樣方按上采用利用率高的斜排 已具備的條件和尚需解決的問題 了解沖壓的知識 比如說模具零件的認識和沖壓機的工作原理 理論與實踐有著不可避免的差距 由于沒有設計經(jīng)驗 在實際設計時 會遇到許 多問題 在零件排樣和料帶設計中 由于實際定位和導向零件的設計 需要做一定的 修改 指導教師意見 指導教師簽名 年 月 日 教研室 學科組 研究所 意見 教研室主任簽名 年 月 日 系意見 主管領導簽名 年 月 日 英文原文 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 form 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 form 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 to 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 it is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equal 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 that 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 kind of stamping forming can be denoted by the point in the coordinates of the plane principal stress diagram of the stamping stress and the coordinates of the corresponding plane principal stains diagram of the stamping strain The different points in the figures of the stamping stress and strain possess different stress state and deformation characteristics 1 When the deformation zone of the stamping blank is subjected toplanetensile stresses it can be divided into two cases that is 0 t 0and 0 t 0 In both cases the stress with the maximum absolute value is always a tensile stress These two cases are analyzed respectively as follows 2 In the case that 0and t 0 according to the integral theory the relationships between stresses and strains are m m t t m k 1 1 where t are the principal strains of the radial tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming and tare the principal stresses of the radial tangential and thickness directions of the axial symmetrical stamping forming m is the average stress m t 3 k is a constant In plane stress state Equation 1 1 3 2 3 2 t 3 t t k 1 2 Since 0 so 2 0 and 0 It indicates that in plane stress state with two axial tensile stresses if the tensile stress with the maximum absolute value is the principal strain in this direction must be positive that is the deformation belongs to tensile forming In addition because 0 therefore t 0 and t2 0 and when 0 The range of is 0 In the equibiaxial tensile stress state according to Equation 1 2 0 and t 0 and t 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that for the plane stress state with two tensile stresses when the absoluste value of is the strain in this direction must be positive that is it must be in the state of tensile forming Also because 0 therefore t 0 and t 0 and when 0 The range of is 0 When 0 that is in equibiaxial tensile stress state the tensile deformation with the same values occurs in the two tensile stress directions when 0 2 that is in uniaxial tensile stress state the deformation characteristic in this case is the same as that of the ordinary uniaxial tensile This kind of deformation is in the region AON of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region GOH of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 Between above two cases of stamping deformation the properties of and and the deformation caused by them are the same only the direction of the maximum stress is different These two deformations are same for isotropic homogeneous material 1 When the deformation zone of stamping blank is subjected to two compressive stresses and t 0 it can also be divided into two cases which are 0 t 0 and 0 t 0 1 When 0 and t 0 according to Equation 1 2 2 0 與 0 This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses if the stress with the maximum absolute value is 0 the strain in this direction must be negative that is in the state of compressive forming Also because 0 and t 0 The strain in the thickness direction of the blank t is positive and the thickness increases The deformation condition in the tangential direction depends on the values of and When 2 0 when 2 0 and when 0 The range of is 0 When it is in equibiaxial tensile stress state hence 0 when 0 it is in uniaxial tensile stress state hence 2 This kind of deformation condition is in the region EOG of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region COD of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 2 When 0and t 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that in the plane stress state with two compressive stresses if the stress with the maximum absolute value is the strain in this direction must be negative that is in the state of compressive forming Also because 0 and t 0 The strain in the thickness direction of the blank t is positive and the thickness increases The deformation condition in the radial direction depends on the values of and When 2 0 when 2 0 and when 0 The range of is 0 When it is in equibiaxial tensile stress state hence 0 This kind of deformation is in the region GOL of the diagram of the stamping strain see Fig 1 1 and in the region DOE of the diagram of the stamping stress see Fig 1 2 3 The deformation zone of the stamping blank is subjected to two stresses with opposite signs and the absolute value of the tensile stress is larger than that of the compressive stress There exist two cases to be analyzed as follow 1 When 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 This result shows that in the plane stress state with opposite signs if the stress with the maximum absolute value is tensile the strain in the maximum stress direction is positive that is in the state of tensile forming Also because 0 therefore When then 0 0 0 according to Equation 1 2 by means of the same analysis mentioned above 0 that is the deformation zone is in the plane stress state with opposite signs If the stress with the maximum absolute value is tensile stress the strain in this direction is positive that is in the state of tensile forming The strain in the radial direction is negative When then 0 0 0 according to Equation 1 2 2 0 and 0 and 0 therefore 2 0 The strain in the tensile stress direction is positive or in the state of tensile forming The range of is 0 When then 0 0 0 according to Equation 1 2 and by means of the same analysis mentioned above When then 0 0 AON GOH TensileBiaxial tensile stress state 0 0 AOC AOH Tensile Table 1 1 Comparison between states of stress and strain in stamping Table 1 2 Comparison between tensile and compressive forming Item Tensile forming Compressive forming Representation of the quality problem in the deformation zone Fracture in the deformation zone due to excessive deformation Instability wrinkle caused by compressive stress Forming limit 1 Mainly depends on the plasticity of the material and is irrelevant to the thickness 2 Can be estimated by extensibility or the forming limit DLF 1 Mainly depends on the loading capability in the force transferring zone 2 Depends on the anti instability capability 3 Has certain relationship to the blank thickness Variation of the blank thickness in the deformation zone Thinning Thickening Methods to improve forming limit 1 Improve the plasticity of the material 2 Decrease local deformation and increase deformation uniformity 3 Adopt an intermediate heat treatment process 1 Adopt multi pass forming process 2 Change the mechanics relationship between the force transferring and deformation zones 3 Adopt anti wrinkle measures Fig 1 1 Diagram of stamping strain EOG COD Compressiv e Biaxial compressive stress state 0 0 MON FOG TensileStateof stress with opposite signs 0 LOM EOF Compressiv e COD AOB TensileState of stress with opposite signs 0 DOE BOC Compressiv e tensil formgbudprawcompesiv fngcompresiv fnxandgrwibultes fomkkexpadi 4 Fig 1 2 Diagram of stamping stress TensilformgCompresinfgSthCapbily ofn wrkeudscmvtPatcyCpbil ofat neckgDrmuifoy dextnscapblPlatciyCiy oft wrkeDmatincd sAorpy valuefHgchtisnChemistr copnSuDadHrinchtesSGa HinchrtesDapMchnil roetyTvudRaksChmtr copneSufd Fig 1 3 Examples for systematic research methods 中文譯文 沖壓變形 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 分離工序是使坯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 其中有以沖孔 落料應用最廣 變形工序是使坯料的一部分相對另一 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 沖壓成形就是毛坯的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應的塑性變形 所以 變形區(qū)的應力狀態(tài)和變形性質(zhì)是決定沖壓成形性質(zhì)的基本因素 因此 根據(jù)變形區(qū)應力狀 態(tài)和變形特點進行的沖壓成形分類 可以把成形性質(zhì)相同的成形方法概括成同一個類型并 進行系統(tǒng)化的研究 絕大多數(shù)沖壓成形時毛坯變形區(qū)均處于平面應力狀態(tài) 通常認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 所以可以認為垂直于板面方向的應力為 零 使板材毛坯產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面方向上相互垂直的兩個主應力 由于板厚較 小 通常都近似地認為這兩個主應力在厚度方向上是均勻分布的 基于這樣的分析 可以 把各種形式?jīng)_壓成形中的毛坯變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點 在平面應力的應力坐標系中 沖壓應力圖 與相應的兩向應變坐標系中 沖壓應變圖 以應力與應變坐標決定的位置來表示 也就是說 沖壓應力圖與沖壓應變圖中的不同位置都代表著不同的受力情況與變形特點 1 沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應力作用時 可以分為兩種情況 即 0 t 0 和 0 t 0 再這兩種情況下 絕對值最大的應力都是拉應力 以下對這兩種情況 進行分析 1 當 0 且 t 0 時 安全量理論可以寫出如下應力與應變的關系式 1 1 m m t t m k 式中 t 分別是軸對稱沖壓成形時的徑向主應變 切向主應變和厚度方向 上的主應變 t 分別是軸對稱沖壓成形時的徑向主應力 切向主應力和厚度方向上的 主應力 m 平均應力 m t 3 k 常數(shù) 在平面應力狀態(tài) 式 1 1 具有如下形式 3 2 3 2 t 3 t t k 1 2 因為 0 所以必定有 2 0 與 0 這個結果表明 在兩向拉應力 的平面應力狀態(tài)時 如果絕對值最大拉應力是 則在這個方向上的主應變一定是正應 變 即是伸長變形 又因為 0 所以必定有 t 0 與 t2 時 0 當 0 的變化范圍是 0 在雙向等拉力狀態(tài)時 有式 1 2 得 0 及 t 0 且 t 0 時 有式 1 2 可知 因為 0 所以 2 定有 2 0 與 0 這個結果表明 對于兩向拉應力的平面應力狀態(tài) 當 的絕對值最大時 則在這個方向上的應變一定時正的 即一定是伸長變形 又因為 0 所以必定有 t 0 與 t 0 當 0 的變化范圍是 0 當 時 0 也就是在雙向等 拉力狀態(tài)下 在兩個拉應力方向上產(chǎn)生數(shù)值相同的伸長變形 在受單向拉應力狀態(tài)時 當 0 時 2 也就是說 在受單向拉應力狀態(tài)下其變形性質(zhì)與一般的簡單拉伸 是完全一樣的 這種變形與受力情況 處于沖壓應變圖中的 AOC 范圍內(nèi) 見圖 1 1 而在沖壓應力 圖中則處于 AOH 范圍內(nèi) 見圖 1 2 上述兩種沖壓情況 僅在最大應力的方向上不同 而兩個應力的性質(zhì)以及它們引起的 變形都是一樣的 因此 對于各向同性的均質(zhì)材料 這兩種變形是完全相同的 1 沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應力的作用 這種變形也分兩種情況分析 即 t 0 和 0 t 0 1 當 0 且 t 0 時 有式 1 2 可知 因為 0 一定有 2 0 與 0 這個結果表明 在兩向壓應力的平面應力狀態(tài)時 如果絕對值最大拉應 力是 0 則在這個方向上的主應變一定是負應變 即是壓縮變形 又因為 0 與 t 0 即在板料厚度方向上的應 變是正的 板料增厚 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值 當 2 時 0 當 2 時 0 當 0 這時 的變化范圍是 與 0 之間 當 時 是雙向等壓力狀態(tài)時 故 有 0 當 0 時 是受單向壓應力狀態(tài) 所以 2 這種變形情況處 于沖壓應變圖中的 EOG 范圍內(nèi) 見圖 1 1 而在沖壓應力圖中則處于 COD 范圍內(nèi) 見 圖 1 2 2 當 0 且 t 0 時 有式 1 2 可知 因為 0 所以一定有 2 0 與 0 這個結果表明 對于兩向壓應力的平面應力狀態(tài) 如果絕對值最 大是 則在這個方向上的應變一定時負的 即一定是壓縮變形 又因為 0 與 t 0 即在板料厚度方向上的應 變是正的 即為壓縮變形 板厚增大 在 方向上的變形取決于 與 的數(shù)值 當 2 時 0 當 2 0 當 0 這時 的數(shù)值只能在 0 之間變化 當 時 是雙向等壓力狀 態(tài) 所以 0 這種 變形與受力情況 處于沖壓應變圖中的 GOL 范圍內(nèi) 見圖 1 1 而在沖壓應力圖中則處 于 DOE 范圍內(nèi) 見圖 1 2 1 沖壓毛坯變形區(qū)受兩個異號應力的作用 而且拉應力的絕對值大于壓應力的絕對 值 這種變形共有兩種情況 分別作如下分析 1 當 0 時 由式 1 2 可知 因為 0 所以一定有 2 0 及 0 這個結果表明 在異號的平面應力狀態(tài)時 如果絕對值最大應力是拉應力 則在這個絕對值最大的拉應力方向上應變一定是正應變 即是伸長變形 又因為 0 所以必定有 0 0 0 時 由式 1 2 可知 用與前項相同的 方法分析可得 0 即在異號應力作用的平面應力狀態(tài)下 如果絕對值最大應力是拉應 力 則在這個方向上的應變是正的 是伸長變形 而在壓應力 方向上的應變是負 的 0 0 0 時 由式 1 2 可知 因為 0 所以一定有 2 0 及 0 0 必定有 2 0 即在拉應力方向上的應變是 正的 是伸長變形 這時 的變化范圍只能在 與 0 的范圍內(nèi) 當 時 0 0 0 時 由式 1 2 可知 用與前項相同的 方法分析可得 0 0 AON GOH 伸長類雙向受拉 0 0 AOC AOH 伸長類 EOG COD 壓縮類雙向受壓 0 0 MON FOG 伸長類異號應力 0 LOM EOF 壓縮類 COD AOB 伸長類異號應力 0 DOE BOC 壓縮類 伸 長 類 成 形脹 形拉 深 翻邊壓 縮類成形 壓 縮類成形 擴口拉 深 脹 形伸 長 類 成 形縮 口 縮口擴 口 4 翻 邊 圖 1 3 沖壓應變圖沖 壓 成 形極 限 變 形 區(qū) 的成 形 極 限傳 動 區(qū) 的成 形 極 限 伸 長 類變 形壓 縮 類變 形強 度抗 拉 與 抗 壓縮 失 衡 能 力 塑 性抗 縮 頸能 力變 形 均化 與 擴展 能 力塑 性抗 起 皺能 力變 形 力 及其 變 化 各 向 異 性 值硬 化 性 能變 形 抗 力化 學 成 分組 織變 形 條 件硬 化 性 能應 力 狀 態(tài)應 變 梯 度硬 化 性 能模 具 狀 態(tài)力 學 性 能值 與 值相 對 厚 度化 學 成 分組 織變 形 條 件 圖 1 3 體系化研究方法舉例