微電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片沖壓模具設(shè)計【含16張圖紙】
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第 22 頁 共 23 頁設(shè)計用紙在沖壓過程模擬 - 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(zhǔn)確性和計算機(jī)預(yù)測的可靠性產(chǎn)生重大的影響。 曾經(jīng)進(jìn)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(jìn)行模擬測試達(dá)到的兩個目標(biāo):(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(dá)到這兩個目標(biāo),有兩種方法可以選擇:一種是Pam-Stamp應(yīng)用法,一種是Intl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(biāo)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(biāo),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(jī)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)行了研究。高性能的標(biāo)準(zhǔn)汽車材料鋁鎮(zhèn)靜高質(zhì)量鋼(AKDQ),以及如高強(qiáng)度鋼板、烘烤硬鋼、鋁6111等。已經(jīng)確認(rèn)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(dá)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(jìn)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(rèn)他們自己的增量有限元程序的有關(guān)設(shè)計并進(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)行,試用時間應(yīng)該減少由于先前的數(shù)值驗證。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(jìn)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(jì)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(jìn)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(zhǔn)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(dá)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(qiáng)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)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(dá)到目標(biāo)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,F(xiàn)AST_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)。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(jī)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)??傊? 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,F(xiàn)AST_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(jī)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(jìn)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(jìn)行了增量在ERC/ NSM使用PAM-Stemp。圖9 挖掘機(jī)的駕駛室,左側(cè)內(nèi)板表2機(jī)艙內(nèi) 的工藝條件調(diào)查圖10 在機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)艙內(nèi)板,壓邊力= 10噸圖12 壓邊力=30噸機(jī)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(xì)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(jìn)行了研究,如圖17模擬圖所示。圖 15 機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)行了拉伸試驗,以確定這些材料進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度拉伸試驗數(shù)據(jù)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(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于1,而烤硬接近1,鋁6111遠(yuǎn)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(jìn)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。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(jìn)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(qiáng)度鋼的性能中等。對AKDQ的連續(xù)應(yīng)變分布、脈動壓邊力進(jìn)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(dá)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(qiáng)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(jìn)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(dāng)?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。圖24.KDQ穹頂鋼杯的比較實驗與模擬負(fù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(qiáng)度。這種應(yīng)變分布的改善,提高產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)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??梢灶A(yù)計,深沖性能將會在不斷優(yōu)化的壓邊力中逐漸增強(qiáng)。此外,在實驗測量和數(shù)值模擬預(yù)測中發(fā)現(xiàn)負(fù)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(dāng)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(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)?,F(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(jì)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(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定中,把模具列為機(jī)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(jì)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(dāng)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(zhǔn),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(dá)國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè),從1997年開始,我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機(jī)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(jī)、汽車、農(nóng)機(jī)和無線電行業(yè),這個比例也超過60。例如飛機(jī)制造業(yè),某型戰(zhàn)斗機(jī)模具使用量超過三萬套,其中主機(jī)八千套、發(fā)動機(jī)二千套、輔機(jī)二萬套。從產(chǎn)值看,80年代以來,美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機(jī)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(jì),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(jì)的飛速發(fā)展,它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機(jī)、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看,當(dāng)時美國的沖壓技術(shù)走在前列許多模具先進(jìn)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(jìn)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(rèn)識,對所設(shè)計模具零件的機(jī)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(jī)能和受力狀態(tài)進(jìn)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(jī)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(jìn),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(jìn)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(dá)別多個工位的級進(jìn)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(jī)彎曲機(jī)。在此期間,日本站到了世界最前列其模具加工精度進(jìn)入了微米級,模具壽命,合金工具鋼制造的模具達(dá)到了幾千萬次,硬質(zhì)合金鋼制造的模具達(dá)到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù),小型壓力機(jī)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(jì)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(jī)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(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合,發(fā)展了NC機(jī)床,如數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花機(jī)床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標(biāo)磨床等。而采用電子計算機(jī)自動編程、控制的CNC機(jī)床提高了數(shù)控機(jī)床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計算機(jī)以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機(jī)床的NNC系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)也逐步進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化,作為設(shè)計準(zhǔn)則儲存到計算機(jī)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CDM系統(tǒng)用于級進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)、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CADCAM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(biāo)注以及對數(shù)據(jù)的自動編程,產(chǎn)生效控機(jī)床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達(dá)到較高水平;計算機(jī)仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上,CADCAMCAE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(jì)效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂,跨行業(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(dá)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(jì)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(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計,1997年進(jìn)口模具價值6.3億美元,這還不包括隨設(shè)備一起進(jìn)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(jì)建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟(jì)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(dá)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(jìn)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(dá)到1億次以上,精度達(dá)到35um,有50個以上的級進(jìn)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(jìn)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(dá)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(yán)重、模具排氣不暢和型腔易損等,注射模精度已達(dá)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(dá)到了80年代中期至90年代初期的國際先進(jìn)水平。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(dá)工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)的先進(jìn)設(shè)備)或因計算機(jī)制式(IBM微機(jī)及其兼容機(jī)、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(jìn)行工藝規(guī)劃方面,基本上處于空白狀態(tài),需要進(jìn)行大量的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jìn)步力度不大。雖然近年來也引進(jìn)了不少先進(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)。 我國的模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn),80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn),模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(qiáng),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(jì)效益小,社會效益大”的現(xiàn)象。“干模具的不如干模具標(biāo)準(zhǔn)件的,干標(biāo)準(zhǔn)件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正?,F(xiàn)象存在。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(dá)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(jìn)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(jìn)性和實用性的重要標(biāo)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(xì)表和供NC加工的鉆孔表格,并能進(jìn)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(jī)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、敏捷制造技術(shù)既有必要,也有可能。美國在其21世紀(jì)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?,F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)23m,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(biāo)測量機(jī),并具有數(shù)字化掃描功能。如東風(fēng)汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm3250mm三坐標(biāo)測量機(jī),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(dá)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(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)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(jī)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510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(jī)床定位精度可達(dá)8m,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(dá)2500mm5000mm1800mm,轉(zhuǎn)速達(dá)20500r/min,切削進(jìn)給速度達(dá)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(dá)0.01mm。4.3 快速經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)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(xì)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(fù)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(dāng),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(kuò)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(qiáng)化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視。4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認(rèn)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(jìn)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(tuán)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(biāo)準(zhǔn)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。說明書題目 微電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片 計 算 內(nèi) 容說 明目 錄一、 設(shè)計任務(wù)書 (2) 二、 零件的工藝分析 (3)三、 沖壓力計算及設(shè)備選擇 (5)四、 壓力中心計算 (6)五、 模具結(jié)構(gòu)草圖 (8)六、 凹模的外形尺寸確定 (9)七、 沖裁間隙的確定 (10)八、 毛坯尺寸計算 (10)九、 卸料裝置的選用 (14)十、 材料利用率的計算(15)十一、模具零件設(shè)計 (16)十二、設(shè)備校核 (29)十三、總結(jié)(31)十四、參考資料(32) 共 33 頁 第 1 頁計 算 內(nèi) 容說 明第一章 設(shè)計任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(論文)內(nèi)容及要求:一、 設(shè)計內(nèi)容:1、 繪制產(chǎn)品零件圖。2、 繪制模具裝配圖。3、 繪制整套模具零件圖。4、 編寫設(shè)計說明書。二、 生產(chǎn)綱領(lǐng):大批量生產(chǎn)。三、 設(shè)計要求:1、 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,工藝性好。設(shè)計計算正確,參數(shù)選用合理。2、 模具繪圖布局合理,視圖完整、清晰,各項內(nèi)容符合規(guī)范。3、 模具裝配圖必須采用CAD繪制并打印。4、 繪制全套模具零件圖,無后續(xù)加工的標(biāo)準(zhǔn)件除外。5、 設(shè)計說明書內(nèi)容完整,分析透徹,語言流暢,參考資料應(yīng)注明出處。數(shù)字在1000015000之間。6、 圖紙:裝配圖一份(零號紙)、全套零件圖(不需要后續(xù)加工的標(biāo)準(zhǔn)件除外),總量在2張零號紙以上。7、 圖紙和說明書打印并交電子檔案,資料收集后要刻錄存檔。 共 33 頁 第 2 頁計 算 內(nèi) 容說 明第二章 零件的工藝性分析零件圖如下所示:零件圖1、 形狀:微電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片由中心孔3.238mm、周圍由12個沖槽一個R0.5mm的圓弧組成,而其零件總大小為15.98mm,厚度為0.2mm,因此知道其零件較為復(fù)雜。2、 尺寸:該零件尺寸最大直徑為15.98mm,而其零件上的各孔、各槽的尺寸小,因此看其尺寸而言,尺寸精度要求高。所以按要求取其精度等級為IT9級。3、 沖孔、沖槽時工藝:零件圖上中心孔直徑為3.238mm,考慮到凸模強(qiáng)度限制,孔的尺寸不宜過小,其數(shù)值與孔的形狀、材料的機(jī)械性能、材料的厚度等有關(guān)。沖槽時,兩個孔與孔之間的距離受模具強(qiáng)度和沖裁件質(zhì)量的限制,其值不能過小,宜取a2t。而零件圖上的沖槽之間距離為11.05mm,較合適其強(qiáng)度和質(zhì)量要求。4、 表面質(zhì)量: 共 33頁 第 3 頁計 算 內(nèi) 容說 明做為微電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片,其平面度、同軸度要求高;從零件上所注的公差,則其質(zhì)量要求高。5、 材料性能:本零件所給的材料為Ni50坡莫合金,其硬度很高,近似于高碳鋼。則高碳鋼的抗拉強(qiáng)度在300600Mpa之間。6、 制定沖壓工藝方案:由零件圖及零件圖中的工藝要求,制定沖壓工藝方案如下:本零件的沖壓方案有一下幾種:(1)、本零件可以設(shè)計為一套復(fù)合模,即沖孔沖槽落料復(fù)合模。(2)、本零件可以設(shè)計為一套連續(xù)模,即第一工位為沖中心孔和兩個導(dǎo)正孔; 第二工位為沖槽工位;第三工位為空工位;第四工位為落料工位;第五工位為空工位。在依據(jù)其零件工藝要求、材料的利用率以及模架的設(shè)計方案和加工要求而選用連續(xù)模。同時根據(jù)其精度分析如下: (1)、本零件采用高精度的滾動導(dǎo)向連續(xù)沖裁,且模架為四導(dǎo)柱模架。 (2)、本零件采用條料送進(jìn)。 (3)、模具中的定位采用側(cè)刃定距。 共 33 頁 第 4 頁計 算 內(nèi) 容說 明第三章 沖壓力計算及設(shè)備選擇1、沖裁力的計算:各工位的主要工序是沖裁,利用式(13)計算沖裁力。Ni50坡莫合金的抗剪強(qiáng)度b=500Mpa。第一工位: F1=L1*t*b =3.14*(3.238/2)+3.14*4+8+2+17.98+7.5+(0.5+0.5)x0.2x500 =94.457*0.2*500 =9445.71N第二工位: F2=L2*t*b =12*3.14*(1.25/2)*(1.25/2)/2+3.14*(2.45/2)*(2.45/2)/2 +0.47*2+0.67+2*(12.92-8.3)/2*0.2*0.5 =12*(0.98+2.36+0.94+0.67+4.62)*0.2*500 =11484N 第三工位:空工位。 第四工位: F4=L4* t*b =3.14*(15.98/2)*(15.98/2)-1+0.5*0.5*3.14-12*0.67*0.2*500 =(200.46-1+0.79-8.04)*0.2*500 =19220N 第五工位:空工位因此總沖裁力為: F總=F1+F2+F3+F4+F5 =40149.71068N2、卸料力的計算: F1=K1*F 查表17 卸料力系數(shù) K1=2.32.5則 F1=K1*F =2.5*40149.7068 =100374.2767N參見沖壓工藝與模具設(shè)計17111P25、26 共 33 頁 第 5 頁計 算 內(nèi) 容說 明所以總沖壓力: F0= F1+ F總 =40149.7+100374.28 =140523.9767N3、設(shè)備的選擇: 根據(jù)零件高精度的要求,以及其多工位的要求,同時根據(jù)計算所得選定壓力機(jī)為開式雙柱可傾壓力機(jī)。因 F0=38195.795N,所以選定壓力機(jī)為J2310。其壓力機(jī)的主要規(guī)格如下: 型號 J2310 公稱壓力/KN 100 滑塊行程/mm 45 滑塊行程次數(shù)/(次/min) 145 最大閉合高度/mm 200 最大裝模高度/mm 145 連桿調(diào)節(jié)長度/mm 35 模柄孔尺寸/mm 30x65 傾斜角 30 封閉高度調(diào)節(jié)量/mm 50 滑塊中心到床身距離/mm 120 立柱間距離/mm 180 工作臺板厚度/mm 50 工作臺尺寸/mm(左右) 360 工作臺尺寸/mm(前后) 240 工作臺孔尺寸/mm(左右) 180 工作臺孔尺寸/mm(前后) 90 工作臺孔尺寸/mm(直徑) 130第四章 壓力中心計算1、 排樣圖如下:參考沖壓設(shè)計手冊壓力機(jī)的選擇 共 33 頁 第 6 頁計 算 內(nèi) 容說 明 排樣圖2、 材料搭邊值: 查表210,取其最小工藝搭邊值: a=1.8mm a1=2.0mm3 、 計算步距: S0=D+a=15.98+1.8=17.78mm4、 決定定距方式: 由于工位數(shù)較多,從節(jié)省材料考慮決定采用雙側(cè)刃定距,即:采用B型側(cè)刃,其側(cè)刃長度 L=17.78+(0.050.1)=17.83mm;寬度 b=8mm5、 確定首件定位線: 首件定位線是指條料端頭在第一工位應(yīng)處的位置線。在沖孔工位確定首件位線,主要考慮條料送至落料工位時應(yīng)有足夠的搭邊。在排樣草圖上容易做到這一點,如上圖。確定初始定位線是為了確定入端側(cè)刃型孔的位置。顯然,入端側(cè)刃型孔與沖中心孔、導(dǎo)正孔的中心線對齊。6、 計算壓力中心:為了保證壓力機(jī)和模具平穩(wěn)的工作,必須使沖模的壓力中心一壓力機(jī)滑塊中心線相重合,對于使用模柄的中小型模具就是要使其壓力中心與模柄軸線相重合,否則將使沖模和壓力機(jī)滑塊承受側(cè)向力,引起凸、凹模間隙不均勻和導(dǎo)向零件加速磨損,甚至還會引起壓力機(jī)導(dǎo)軌的磨損、影響壓力機(jī)精度。對與工件外行尺寸大、形狀復(fù)雜、多凸模的沖裁模和級進(jìn)模,正確確定其壓力中心就顯得更為重要。 參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P56 共 33 頁 第 7 頁計 算 內(nèi) 容說 明根據(jù)以上的排樣圖計算如下:L1=8.23mm X1=0mm Y1=0mmL2=14.13mm X2=8.99mm Y2=0mmL3=126.396mm X3=17.98mm Y3=0mmL4=191.8125mm X4=17.98x3=53.94mm Y4=0mmL5=17.98mm X5=0mm Y5=0mmL6=2mm X6=8.99mm Y6=10.99mmX=(X1*L1+X2*L2+X3*L3+X4*L4+X5*L5+X6*L6+)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6) =(0*8.23+8.99*14.13+126.396*17.98+191.8125*53.94+0*17.98+2*8.99)/(8.23+14.13+126.396+191.8125+17.98+2) =35.40155 Y=(YI*L1+Y2*L2+Y3*L3+Y4*L4+Y5*L5+Y6*L6)/(L1+L2+L3+L4+L5+L6) =(0*8.23+0*14.13+126.396*0+191.8125*0+17.98*0+2*8.99)/(8.23+14.13+126.396+191.8125+17.98+2) =0.0498 經(jīng)計算得壓力中心的坐標(biāo)為:X0=35.40155 Y0=0.0498。 可取 X0=35 Y0=2,作為設(shè)計模具的參數(shù)。第五章 模具結(jié)構(gòu)草圖 結(jié)構(gòu)草圖如下:參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P87239240 共 33 頁 第 8 頁計 算 內(nèi) 容說 明 第六章 凹模的外形尺寸確定1、如上排樣圖所示,從型孔邊界畫一矩形lxb初定為凹模有效面積。 凹模有效面積矩形的對稱中心應(yīng)與壓力中心重合,以便使模柄的中心線通過壓力中心。但壓力中心對于矩形的寬度b處于對稱位置,因此應(yīng)將矩形的長度增大為l,使壓力中心對于l處于對稱位置,即壓力中心到矩形左邊的距離為實際凹模有效面積矩形長度的一半。則修正后的凹模有效面積矩形長度l與寬度b分別為: L=2x(3x17.78+0.5)=107.68108mm B=2x(1.5+7.99+8+4+2)=46.9847mm 參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P135 共 33頁 第 9 頁計 算 內(nèi) 容說 明2、估算凹模的外行尺寸: 如上排樣圖所示,從凹模有效面積矩形lxb向四周擴(kuò)大3040mm,即為凹模外行尺寸LxB的尺寸范圍: L=108+2x(3040)mm=168188mm B=47+2x(3040)mm=107127mm 選用標(biāo)準(zhǔn)凹模:查表146得:LxB=165x200厚度的選擇: 查表145得: h=2228mm 根據(jù)要求厚度選擇如下:h=25mm第七章 沖裁間隙的確定根據(jù)零件的材料和厚度 查表13 確定零件的沖裁間隙: 材料厚度t 硬鋼 Wc(0.5%0.6%) Z/t Zmin Z/t Zmax 0.2 7% 0.014 9% 0.018 第八章 毛坯尺寸1、條料寬度: 如下圖所示:參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P13表13 共 33 頁 第 10 頁計 算 內(nèi) 容說 明B=(D+2a1+nb1+2*2+1*1.5)0- =15.98+(2*2)+(1*1.5) 0-0.05 =22 0-0.05導(dǎo)料板的入端導(dǎo)料尺寸: B1=B+C1 查表 213 最小雙面導(dǎo)料間隙C1: C1=0.1 即: B1=21.48+0.1=21.58mm 出端導(dǎo)料尺寸: B2=D+2a1+C2+2*2 查表 214 出端導(dǎo)料間隙C2: C2=0.1 即; B2=15.98+(2x2)+0.1=20.08mm參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P136 共 33 頁 第 11 頁計 算 內(nèi) 容說 明2、主要刃口尺寸計算: 從排樣圖看,不僅有沖孔、落料、沖槽,而且還有側(cè)刃沖裁。如果按基本加工制度處理刃口尺寸,即沖孔以凸模為基準(zhǔn)件,落料以凹模為基準(zhǔn)件,則凹模即作配作件又作基準(zhǔn)件。不如凹模只作配作件,可一次線切割加工出全部凹模型孔,容易保證所有沖裁間隙都比較均勻。這樣只需計算刃口尺寸,凹模型孔按要求的沖裁間隙配作。凸模刃口尺寸共有五種類型,分別計算如下:(1)、沖孔凸模刃口尺寸: 各沖孔凸模的刃口尺寸均屬于磨損后減小的尺寸,應(yīng)按式(234)計算,即:Bb=(bmin+x)0-/4 查公差為IT10級,則=+0.013mm,沖孔尺寸為: b1=3.2380+0.013 mm則按式(234)計算沖孔凸模刃口尺寸分別為: B1=3.238+(1x0.013)0-0.013/4 =3.2510-0.003 mm(2)沖槽凸模刃口尺寸: 各沖槽凸模的刃口尺寸屬于磨損后減小的尺寸,應(yīng)按式(234)計算,即: Bb=(bmin+x)0-/4 。零件圖中所注的公差為IT10級,各槽的尺寸為:b1=0.670+0.007 mm b2=2.450+0.06 mm b3=1.250+0.06 mm b4=8.820+0.022 mm 參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P136137 共 33 頁 第 12 頁計 算 內(nèi) 容說 明則按式(234)計算沖槽凸模刃口尺寸分別為: B1=0.67+(1x0.007)0-0.007/4 =0.6770-0.002 mm B2=2.45+(1x0.06)0-0.06/4 =2.510-0.015 mm B3=8.82+(1x0.022)0-0.022/4 =8.8420-0.005 mm(3)、落料凸模尺寸: 落料凸模尺寸均屬于磨損后增大的尺寸,現(xiàn)以凹模為配作件,需計算落料凸模刃口尺寸,應(yīng)按式(236)進(jìn)行計算,即:Bp=(amax-x+/4-Zmin)0-/4 。工件落料尺寸為: b1=15.980-0.012 mm尺寸15.98的公差為IT10級,取x=1;按板料厚度0.2mm,查表13其最小沖裁間隙Zmin=0.014mm。則按式(236)計算落料凸模刃口尺寸為: B1=(15.98-1x0.012+0.012/4-0.014)0-0.012/4 =15.9570-0.003 mm(4)、導(dǎo)正孔凸模尺寸: 導(dǎo)正孔凸模尺寸均屬于磨損后減小的尺寸,應(yīng)按式(234)計算,即: Bb=(bmin+x)0-/4 ,其公差要求為IT 10級,取x=1。沖孔尺寸為: b1=30+0.058 mm參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P136137 共 33 頁 第 13 頁計 算 內(nèi) 容說 明則按式(234)計算導(dǎo)正凸模刃口尺寸為: B1=3+(1x0.058)0-0.048/4 =3.0480-0.012 mm(5)、側(cè)刃尺寸: 側(cè)刃工作尺寸應(yīng)與步距尺寸協(xié)調(diào),一般兩者取相同的尺寸,當(dāng)考慮草測刃沖切后在條料臺階處產(chǎn)生的毛刺影響送料精度時,可將側(cè)刃工作尺寸增大0.020.05mm。本模具采用了B型側(cè)刃,沖裁后產(chǎn)生的毛刺對送料步距的影響很小。因此側(cè)刃工作尺寸可與步距相同。其公差按模具國標(biāo)規(guī)定為0.02mm,并取負(fù)偏差,則側(cè)刃工作尺寸及公差為: S=17.780-0.02 側(cè)刃的其余尺寸可參照標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃確定。凹模側(cè)刃型孔則按側(cè)刃實際尺寸配作??梢姡园寄榕渥骷潜容^合理的。 第九章 卸料裝置的選用卸料裝置的功用是在一次沖裁結(jié)束之后,將條料或工序件與落料凸?;驔_孔凸模脫離,以便進(jìn)行下一次沖裁。因本模具零件精度要求較高,同時為防止零件的變形。因此采用彈性卸料,而因零件精度高,在采用彈性卸料的同時要采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。所以初步選用橡膠塊和卸料板。選用橡膠塊的計算如下:其材料厚度t為0.2mm,經(jīng)計算卸料力Fx為1644.8N,選用卸料橡膠塊,其計算過程如下:1)、假設(shè)考慮模具結(jié)構(gòu),決定用4個厚壁筒形的聚氨脂彈性體。 共 33 頁 第 14 頁計 算 內(nèi) 容說 明2)、計算每個彈性體的預(yù)壓力Fy: Fy=1644.8N/4=411.2N 3)、考慮橡膠塊的工作壓縮量較小,取預(yù)壓縮率y=10%,并由表227查得單位壓力Fq=1.1Mpa。 4)、按式(249)計算彈性體的截面面積A: A=Fy/Fq=411.2/1.1=373.8mm 5)、如果選用直徑為8mm的卸料螺釘,選取彈性體穿卸料螺釘孔的直徑 d=8.5mm。則彈性體的外徑D可按下式求得: (D-d)/4=A 則 D =(4A/+d)1/2 =(4x373.8/+8.5)1/2 =22.8mm 驗算外徑D: Fy=AxFq =/4(22.8-8.5)x1.1 =355.3N 因此取 D =23mm 6)、橡膠塊高度的確定: H=hg/j-y =0.2+1/35%-10% =15mm 所以經(jīng)計算選取卸料橡膠塊為: 橡膠塊的高度為 H=15mm 總計塊數(shù)為 n=8 橡膠塊的材料為 邵氏7080A的聚氨脂橡膠第十章 材料利用率的計算一段條料能沖出的工件的重量與這段條料重量之比的百分?jǐn)?shù)稱為材料利用率。 由于板料沖裁時板厚是一定的,所以材料利用率可用面積之比,即一段條料的有效面積與這段條料的面積之比,來代替重量之比。參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P105107 共 33 頁 第 15 頁計 算 內(nèi) 容說 明同一工件,排樣不同時,材料利用率也會不同,材料利用率越高者越省料。因此,材料利用率是判斷排樣是否經(jīng)濟(jì)的重要參數(shù)。但材料利用率并不是選擇排樣的唯一標(biāo)準(zhǔn)。一般按下述原則選擇:對于銅板等較貴重材料,特別是在生產(chǎn)量較大時,應(yīng)盡量選擇材料利用率較高的排樣。如果某種排樣不其它排樣的材料利用率提高不到5%,且使模具復(fù)雜化時,那么這種排樣是不可取的。而在生產(chǎn)量小時,應(yīng)盡可能選擇比較簡單的排樣,以便模具容易制造。 按條料計算材料利用率來計算: =n*A/L*B A=*R =3.14*7.99 =200.458mm 即: =4*200.458/71.92*22 =50.17% 式中說明: n一根條料能沖出的工件數(shù); L條料的長度(mm); A一個工件的實際面積(mm)第十一章 模具零件設(shè)計1、 工作零件設(shè)計:1)、工作凸、凹模設(shè)計: 凸模設(shè)計的三原則: 為了保證凸模能夠正常工作,設(shè)計任何結(jié)構(gòu)形式的凸模都必須滿足如下三原則: (1)、精確定位 凸模安裝到固定板上以后,在工作過程中其軸線或母線不允許發(fā)生任何方向的位移,否則將造成沖裁間隙不均勻,降低模具壽命,嚴(yán)重時可造成啃模。 (2)、防止拔出 回程時,卸料力對凸模產(chǎn)生拉伸作用。凸模的結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止凸模從固定板中拔出來。參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P64 共 33 頁 第 16 頁計 算 內(nèi) 容說 明(3)、防止轉(zhuǎn)動 對于工作段截面為圓形的凸模,當(dāng)然不存在防轉(zhuǎn)問題??墒菍τ谝恍┙孛姹容^簡單的凸模,為了使凸模固定板上安裝凸模的型孔加工容易,常常將凸模固定段簡化為圓形。這時就必須保證凸模在工作過程中不發(fā)生轉(zhuǎn)動,否則將啃模。工作凸、凹模的設(shè)計包括沖導(dǎo)正孔凸模、中心孔凸模、沖槽凸模、落料凸模及側(cè)刃凸模。 (1)、導(dǎo)正孔凸模的設(shè)計及加工: 根據(jù)沖裁時凸模所受的力,為滿足其需要,設(shè)計結(jié)構(gòu)形式如下: 根據(jù)以前所取,各凸、凹模都以凸模為基準(zhǔn),凹模為配作件,則凸模的尺寸計算如下: 根據(jù)式(234)計算,即:Bp=(bmin+x)0-/4 凸模根據(jù)其強(qiáng)度要求,選用Cr12MoV,而熱處理后的硬度為5860HRC凸模的安裝與固定方法如下:因所設(shè)計的凸模為圓凸模,所以其固定方式為凸模固定板上加工出臺階來固定。(示圖如下:)參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P64 共 33 頁 第 17 頁計 算 內(nèi) 容說 明凸模與固定板的配合為過渡配合。 凸模的裝配方法為壓入法,其特點為連接牢固可靠,對配合孔的精度要求高。加工成本高,因以凹模為配作件,所以凹模以凸模為基準(zhǔn)配作,保證單面間隙為0.014mm0.018mm。其結(jié)構(gòu)圖如下: 其加工方法采用鉆、鉸加工(精度高時精孔鉆加工)。 凹模的固定采用銷釘、螺釘緊固方法。 凸模的加工方法:沖壓模具的凸模都需進(jìn)行淬火等熱處理工藝,獲得高硬度和高耐磨性,則可采取以下加工方案:(1)、粗車(留磨削余量)熱處理磨削(2)、粗車熱處理精車、拋光(3)、精車成行熱處理拋光綜合各種實際因素,則采用方案為(1)。凸模長度的確定:設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模具時,當(dāng)選定了典型組合以后,凸模的長度就確定了。設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具時,凸模的長度一般根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要,并考慮磨損量和安全因素來確定。因本模具采用的是標(biāo)準(zhǔn)模具,因此凸模的長度就可以通過公式來求,具體計算如下:彈性卸料方式的凸模長度按下式計算:(217) L=h1+h4+h5-0.2 =15+8+15-0.2 =37.8mm式中說明: h1凸模固定板厚度(mm) h2彈壓卸料板厚度(mm)參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P70217 共 33頁 第 18 頁計 算 內(nèi) 容說 明h5預(yù)壓狀態(tài)下卸料橡皮厚度(mm),h5=(0.850.9)H,H為自由狀態(tài)下橡膠的皮厚。公式中的0.2mm是凸模端面縮進(jìn)卸料板的距離。 (2)、中心孔凸模設(shè)計: 根據(jù)沖裁時凸模所受的力,為滿足其需要,設(shè)計結(jié)構(gòu)形式如下: 根據(jù)以前所取,各凸、凹模都以凸模為基準(zhǔn),凹模為配作件,則凸模的尺寸計算如下: 根據(jù)式(234)計算,即:Bp=(bmin+x)0-/4 凸模根據(jù)其強(qiáng)度要求,選用Cr12MoV,而熱處理后的硬度為5860HRC凸模的安裝與固定方法如下:因所設(shè)計的凸模為圓凸模,所以其固定方式為凸模固定板上加工出臺階來固定。(示圖如下:) 共 33 頁 第 19 頁計 算 內(nèi) 容說 明 凸模與固定板的配合為過渡配合。 凸模的裝配方法為壓入法,其特點為連接牢固可靠,對配合孔的精度要求高。加工成本高,因以凹模為配作件,所以凹模以凸模為基準(zhǔn)配作,保證單面間隙為0.014mm0.018mm。其結(jié)構(gòu)圖如下: 其加工方法采用鉆、鉸加工(精度高時精孔鉆加工)。 共 33 頁 第 20 頁計 算 內(nèi) 容說 明凹模的固定采用銷釘、螺釘緊固方法。 凸模的加工方法:沖壓模具的凸模都需進(jìn)行淬火等熱處理工藝,獲得高硬度和高耐磨性,則可采取以下加工方案:(1)、粗車(留磨削余量)熱處理磨削(2)、粗車熱處理精車、拋光(3)、精車成行熱處理拋光綜合各種實際因素,則采用方案為(1)。凸模長度的確定:設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模具時,當(dāng)選定了典型組合以后,凸模的長度就確定了。設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具時,凸模的長度一般根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要,并考慮磨損量和安全因素來確定。因本模具采用的是標(biāo)準(zhǔn)模具,因此凸模的長度就可以通過公式來求,具體計算如下:彈性卸料方式的凸模長度按下式計算:(217) L=h1+h4+h5-0.2 =15+8+15-0.2 =37.8mm 式中說明: h1凸模固定板厚度(mm) h2彈壓卸料板厚度(mm) h5預(yù)壓狀態(tài)下卸料橡皮厚度(mm),h5=(0.850.9)H,H為自由狀態(tài)下橡膠的皮厚。公式中的0.2mm是凸模端面縮進(jìn)卸料板的距離。(3)、沖槽凸模設(shè)計:根據(jù)其零件結(jié)構(gòu)來設(shè)計、加工其沖槽凸模,因要將其沖斷,則沖槽凸模要多加工1mm,其結(jié)構(gòu)圖如下: 參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P70217 共 33頁 第 21 頁計 算 內(nèi) 容說 明 根據(jù)以前所取,各凸、凹模都以凸模為基準(zhǔn),凹模為配作件,則凸模的尺寸計算如下: 根據(jù)式(234)計算,即:Bp=(bmin+x)0-/4 ,而其零件的沖槽為12個,為其固定方便將其設(shè)計成組合基體形式。其形狀為圓柱形,用線切割機(jī)床加工出型孔。各槽形凸模都以H7/n6的配合固聯(lián)。組合基體外圓形直徑取25mm,用H7/n6的配合裝在凸模固定板上。組合基體上沒有臺階作為垂直方向的固定,在線槽凸模外側(cè)用齊縫銷釘與凸模固定板固定防止轉(zhuǎn)動。線槽凸模的固定方法不宜采用鉚接方法,因經(jīng)常拆卸、更換對組合基體會有損壞,其尺寸小又不能用螺釘固定。采用圓環(huán)卡圈的方法固定,在基體上加工出槽,圓環(huán)卡圈切割成兩半,用圓環(huán)卡住后裝入組合基體,如下圖所示: 參考沖壓實例 共 33 頁 第 22 頁計 算 內(nèi) 容說 明本共位線槽型孔與組合基體用同一程序由線切割機(jī)床加工,配合間隙如下表:序號模具沖裁間隙/z卸料板與凸模間隙/(mm)輔助小導(dǎo)柱與小導(dǎo)套間隙/mm10.0150.0250.0050.007約為0.00320.00250.050.0070.015約為0.00630.050.100.0150.025約為0.0140.100.150.0250.035約為0.02與組合模對應(yīng)的凹模設(shè)計為局部凹模,凹模自身臺階和齊縫銷釘固定在凹模板上,凹模板用銷釘和螺釘與墊板和下模板的固定,凹模刃口以下的漏料部分用擴(kuò)大型孔的方法,采用點火花機(jī)床加工。 凸模長度的確定:設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模具時,當(dāng)選定了典型組合以后,凸模的長度就確定了。設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具時,凸模的長度一般根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要,并考慮磨損量和安全因素來確定。因本模具采用的是標(biāo)準(zhǔn)模具,因此凸模的長度就可以通過公式來求,具體計算如下:彈性卸料方式的凸模長度按下式計算:(217) L=h1+h4+h5-0.2 =15+8+15-0.2 =37.8mm式中說明: h1凸模固定板厚度(mm)h2彈壓卸料板厚度(mm) h5預(yù)壓狀態(tài)下卸料橡皮厚度(mm),h5=(0.850.9)H,H為自由狀態(tài)下橡膠的皮厚。公式中的0.2mm是凸模端面縮進(jìn)卸料板的距離。(4)、落料凸模設(shè)計: 原落料設(shè)計時應(yīng)以凹模為基準(zhǔn),而為使其加工統(tǒng)一,則改為以凸模為基準(zhǔn),同時根據(jù)落料時的受力情況設(shè)計結(jié)構(gòu)如下圖所示: 共 33 頁 第 23 頁計 算 內(nèi) 容說 明 現(xiàn)以凸模為基準(zhǔn),凹模為配作件,則按式(236)計算凸模尺寸: Bp=(amax-x+/4-Zmin)0-/4 凸模根據(jù)其強(qiáng)度要求,選用40Cr或45鋼,而熱處理后的硬度為5660HRC凸模的安裝與固定方法如下:因所設(shè)計的凸模為圓凸模,所以其固定方式為凸模固定板上加工出臺階來固定。(示圖如下:) 共 33 頁 第 24 頁計 算 內(nèi) 容說 明凸模與固定板的配合為過渡配合。 凸模的裝配方法為壓入法,其特點為連接牢固可靠,對配合孔的精度要求高。加工成本高,因以凹模為配作件,所以凹模以凸模為基準(zhǔn)配作,保證單面間隙為0.014mm0.018mm。其結(jié)構(gòu)圖如下: 其加工方法采用鉆、鉸加工(精度高時精孔鉆加工)。 凹模的固定采用銷釘、螺釘緊固方法。 凸模的加工方法:沖壓模具的凸模都需進(jìn)行淬火等熱處理工藝,獲得高硬度和高耐磨性,則可采取以下加工方案:(1)、粗車(留磨削余量)熱處理磨削(2)、粗車熱處理精車、拋光(3)、精車成行熱處理拋光綜合各種實際因素,則采用方案為(1)。凸模長度的確定:設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模具時,當(dāng)選定了典型組合以后,凸模的長度就確定了。設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)模具時,凸模的長度一般根據(jù)結(jié)構(gòu)上的需要,并考慮磨損量和安全因素來確定。因本模具采用的是標(biāo)準(zhǔn)模具,因此凸模的長度就可以通過公式來求,具體計算如下:彈性卸料方式的凸模長度按下式計算:(217) L=h1+h4+h5-0.2 =15+8+15-0.2 =37.8mm 式中說明: 參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P70217 共 33 頁 第 25 頁計 算 內(nèi) 容說 明h1凸模固定板厚度(mm) h2彈壓卸料板厚度(mm) h5預(yù)壓狀態(tài)下卸料橡皮厚度(mm),h5=(0.850.9)H,H為自由狀態(tài)下橡膠的皮厚。公式中的0.2mm是凸模端面縮進(jìn)卸料板的距離。2、 其它零件設(shè)計(1)、各標(biāo)準(zhǔn)件的選用: 各用途的螺釘、銷釘?shù)倪x用:根據(jù)模具的實際選用螺釘、銷釘,其結(jié)構(gòu)圖如下: 共 33 頁 第 26 頁計 算 內(nèi) 容說 明 螺釘?shù)倪x用例表如下:螺紋規(guī)格d M8 M10螺距p 1.25 1.25b參考 22 26 min 0.15 0.15c max 0.6 0.6da max 9.2 11.2ds max 8 min 7.78 max10 min 9.78e min 14.20 17.59k 6.86 7.89s 12.57 15.57 銷釘?shù)倪x用例表如下:(圓柱銷) 銷 GB 11986 d(公稱) 6 8 10a 0.80 1.0 1.2c 1.2 1.6 2.0L(公稱) 1260 1480 2095參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計附錄 共 33 頁 第 27 頁計 算 內(nèi) 容說 明模柄的選用:結(jié)構(gòu)圖如下:根據(jù)壓力機(jī)選擇模柄: 查表238 選用浮動模柄dDD1H1234凹球面模柄墊塊錐面壓圈螺釘30651002530*6365*10.5100*20M8*25 模架的選用:各模架才名稱 尺寸凹模周界 315*200上模座 315*200*50下模座 315*200*65導(dǎo)柱 32*195導(dǎo)套 32*120*48保持圈 32*395*76彈簧 2*37*79壓板 16*20螺釘 M6*16參考冷沖模設(shè)計指導(dǎo)書 共 33 頁 第 28 頁計 算 內(nèi) 容說 明各模板的尺寸:凹模板 165*200*25凹模墊板 165*200*15導(dǎo)料板 69*200*8卸料板 165*200*16上模墊板 165*200*10凸模固定板 165*200*15卸料橡膠 H=15所以依據(jù)上面所選的各標(biāo)準(zhǔn)的模架,則整個模架的尺寸都以選擇了。因此其它的尺寸根據(jù)各模架的尺寸來確定。側(cè)刃的設(shè)計:因本模具的精度要求高,所以設(shè)計雙側(cè)刃定距。則側(cè)刃的設(shè)計如下:設(shè)計側(cè)刃時,第一個側(cè)刃位置應(yīng)有置在第一工位上,若側(cè)刃孔離凹??椎木嚯x太近,為照顧凹模強(qiáng)度,側(cè)刃位置可成倍進(jìn)距地位移。 第二個側(cè)刃,目的是使料尾能充分利用。但雙側(cè)用料的耗損更多,只有當(dāng)條料不長,不用第二側(cè)刃則料尾所造成損耗更大時才宜采用。第二側(cè)刃位置選擇,只需考慮凹模有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度,沒有嚴(yán)格要求。第十二章 設(shè)備校核 模具結(jié)構(gòu)和各零件都設(shè)計好后必須對模具進(jìn)行必要的校核。其中的校核包括凸模強(qiáng)度校核、壓力機(jī)的校核等。 因各尺寸都是計算出來的,所以壓力機(jī)的校核以及其它一些的校核都不要校核。因為它已經(jīng)有足夠的強(qiáng)度等,而必要校核的是凸模強(qiáng)度的校核。 凸模強(qiáng)度的校核: 一般凸模的強(qiáng)度是足夠的,沒有必要進(jìn)行強(qiáng)度校核。只有當(dāng)凸模特別細(xì)長,或凸模的截面尺寸相對于板厚很小時,才進(jìn)行強(qiáng)度校核。凸模強(qiáng)度校核包括抗壓能力和抗縱向彎曲能力兩個方面的內(nèi)容。 (1)、凸??箟耗芰π:耍?參考冷沖壓工藝與模具設(shè)計P70 共 33 頁 第 29 頁計 算 內(nèi) 容說 明凸模能正常工作,其最小截面承受的壓應(yīng)力必須小于凸模材料允許的壓應(yīng)力: =F/A 對于圓形凸模,F(xiàn)=dt代入上式可得: d4t/ =(4x0.2x350)/500 =0.56 式中說明: 凸模最小截面的壓應(yīng)力(Mpa) F沖裁力(N) A凸模最小截面積(mm) d凸模最小直徑(mm) t板料厚度(mm) 板料抗剪強(qiáng)度(Mpa) 凸模材料許用壓應(yīng)力(Mpa) 如果凸模材料用一般工具鋼,淬火硬度為5862HRC,可取為10001600Mpa,沖裁低碳鋼板時,取300Mpa,則按式(219),可計算無導(dǎo)向沖裁時凸模的最小直徑應(yīng)為:dmin=(0.751.2)t。考慮到某些不穩(wěn)定因素,一般可以這樣認(rèn)為:當(dāng)凸模直徑接
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