裝配圖蓋冒墊片落料拉深復合模設計（有cad圖+文獻翻譯）,裝配,圖蓋冒,墊片,落料拉深,復合,設計,cad,文獻,翻譯 多級下料問題的建模 摘要 在多級下料問題（CSP）的切割過程是分布在幾個連續(xù)的階段。每一個階段除了最后一個生產中間產品。中間產品清單可給予或任意。我們的目標是盡量減少材料總量減少了產成品庫存足以滿足采取客戶的需求。如果中間的大小，給出了列生成技術可以應用到多級切割問題。如果中間的大小也得不到那么另一個方面是增加了問題的復雜性。我們建議對于這種情況，動態(tài)生成兩行（中間大小）和列的特別程序模式）。我們把這種為行和列的生成方法。該方法使用一個輔助問題嵌入修訂后的單純形算法框架。這是一個非線性背包問題，可以有效解決。與此相反對列代方法開發(fā)的技術不能保證最優(yōu)解。然而，結果計算實驗是非常有前途，并證明該方法是一種寶貴的工具除了為多級CSP的建模和求解。?2002年Elsevier科學B.訴保留所有權利。 關鍵詞：線性規(guī)劃;多級料問題;大規(guī)模優(yōu)化，行和列代 1簡介 一維下料問題（CSP）的推廣具有重要的現實時，切削過程是分布在幾個連續(xù)的階段。這不僅包括多級CSP的切割模式和他們的活動，而且中間產品和生產它們的數量每一個階段 除了最后的切割工藝之一，并在每一個階段的切割過程消耗除第一一。這些中間產品削減生產規(guī)模較小的中間或成品尺寸。中間產品產量和在切割過程的輸入。這種問題發(fā)生在 幾乎每一個行業(yè)，一個典型的CSP的發(fā)生：紙張，薄膜，皮革，鋼鐵等雖然本文的結果同樣適用于任何行業(yè)，多級切割需要為宗旨的地方，學科領域說明，我們將使用的術語在造紙行業(yè)所接受。特別是，我們會將向作為其寬度幾何定義的產品推出。軋輥直徑，展開紙的總長度，紙卡尺不適合目前的調查有關。 圖。?1說明了三個階段的切削過程。在這個例子中三種類型的股票中一滾，S2和S3是用于生產九成品卷（的F1 -?F9鍵）類型。有趣的是，股票輥能提供任何階段的進程。在這里，中一去的第一階段，S2的進入到第二和S3去了三分之一。相反，成品輥可以生產在任何階段。三種類型的中間輥為I1，I2和I3被切斷前兩個階段。顯然，我們可能會看到股票種類，中間產品的擴散，即使削減實際問題階段。 是一個重載多級字，特別是在運籌學和CSP領域。吉爾摩和戈莫里[7]指的是二維CSP的切割沿第一條解決了，然后通過切割帶自己的跨越，作為一個多階段的問題。在我們的情況下，所有削減都是沿（縱向）和問題是一維的CSP。?Dyckhoff[3]提出的多級為所謂的一切模型切割多級。一切模型是一個極端的例子不是一個常見的，眾所周知的情況下一階段的問題，無限的削減。有趣的是注意到，這些一切和多切模式只是同一個問題的兩個不同的配方，而在現實世界的情況下，一期CSP是往往是多級CSP的放寬。一階段放寬提供了一個合理的下界原來的多級CSP的。 幾位研究人員襲擊了多級的CSP。哈斯勒[9]提出了一個以兩階段問題絡筒機在第一階段，在第二條生產復卷。他探索的方法與模式唱片代要么事先或在單純使用迭代列生成技術。他代表在成品卷筒和檢查方面絡筒機模式模式是否可以被分解成一中間輥組合合法。如果這樣的組合是允許的，該模式被接納對問題的矩陣。雖然這種方法是可行的，它有一些缺點。它潛在的，包括不同中間輥數量龐大，并確定是否可以分割的格局是一復雜的裝箱問題。此外，這種方法并不容易切削加工規(guī)模更以上兩個階段。 費雷拉和其他[4]也探討兩階段的問題，他們稱之為兩階段問題。筆者改編哈斯勒的順序啟發(fā)式程序[8]，最初為一典型的開發(fā)總警司，在兩個階段的切削過程。在每一個連續(xù)的過程步驟，他們正試圖尋找一套''好''中間輥保證了第一階段和第二好的模式的良好格局。如果在第一階段的模式被接受，在成品卷筒上殘留的問題是更新，減少了下令由模式及其活動定義的金額數量。顯然，這類似于啟發(fā)式為解決一兩個階段的CSP手工操作。與此啟發(fā)式的主要困難是產生一組 良好的中間輥。 卡瓦略和羅德里格斯[1]按照線性規(guī)劃的方法。他們的問題，但是，是受一個技術限制，完成了一個卷筒，寬度應包括每一個中間輥。的限制允許預定義一個可能的中間輥名單。筆者重新初始LP問題成唱片中提出的問題方面，成品輥中間輥的條款。阿列生成與常規(guī)的輔助問題背包技術被應用。 一個的中間輥智能一代的想法[10]出現時，兩個階段的系統(tǒng) -削薄和切割-進行了研究。在本論文中，我們''''的思想結晶，并提出一行和列求解多級一維的CSP發(fā)電技術。該技術是一種列生成的精液技術的推廣建議的Gilmore和戈莫里[5,6]為一個典型的CSP解決，或在我們的符號，一個單級的CSP。對于一個多級的問題，更復雜輔助問題可能會導致列進入基礎上的候選人，連同組合行相應的新的中間輥。我們擴大在LP矩陣行和列。一個有限單純形算法的迭代次數，導致要么最優(yōu)或接近最優(yōu)的解決方案。在接下來的章節(jié)中，我們將制訂兩個階段的CSP兩種基本模式，目前行andcolumn代方法，然后分析計算實驗。結果有些從作者的論文借來的[12]。 2模型的中間輥定列表 有三種輥尺寸名單： ?列出股票的大小。 ?列出的中間尺寸。 ?列出成品尺寸。 請看圖。?2（一），這表明輥之間的關系，這三種類型。股票體積可用金額是眾所周知的。股票的大小可能會被消耗在切削過程的每一個階段，可切成中間或成品卷筒。中間輥的輸入和輸出。該中間輥技術的限制非常嚴格：每卷的大小所消耗的總人數不能超過生產量。理想情況下應該有一個總的平衡，否則，有些過度無人認領的''''中間輥數量應該去庫存在倉庫里，如果有存儲空間可用。但是，這是另一種材料的浪費之間的折衷與相關的成本和倉儲問題成本，這超出了目前的調查范圍。因此，我們認為我們正在考慮開放與不等式約束的問題，我們認為浪費無人認領的中間輥。對于成品輥擁有一支管理有序的數量應得到滿足。 在這里，我們考慮一項股票輥寬度為兩階段的CSP將在第一階段切成幾個（圖2（b））中間輥。產成品輥在第二階段削減中間卷。我們假設一個中間輥寬度出來的第一階段，將第二個滿足最低最高限制。每一個中間輥寬度也應包括一個最小邊將在第二階段修整。 讓W和Y是成品，中間輥寬度載體，分別為。的切削模式第一階段和第二階段為代表的A11和A22號矩陣分別。為了彌補一個完整的唱片我們定義另一個矩陣矩陣A12往，顯示兩者之間的關系。每一列連接的J矩陣的A12矢量，其中只有一個非零元素鈥樷€1鈥欌€出現在我的位置相對應的中間輥我認為應削減根據裁剪定義列矩陣A22座因子。 我們可以制訂一個多級CSP的線性規(guī)劃模型： 在這里，向量x1和x2是圖案活動的第一和第二個階段，分別為B是向量 要求對成品輥目標函數（1）盡量減少所用的股票，是由長期1Tx1定義成雙數。約束（2）保證 中間輥在第二階段A12x2消費應不超過其在生產A11x1 第一階段，的B卷?客戶需求應該得到滿足。 請注意，整體矩陣具有特殊的結構。有兩個對角塊A11和A22號代表兩個階段切割圖案，連接A12座，以及0塊在左下方角落。右手邊是由由0上的中間輥和載體的需求灣模型（1） - （3）一個兩階段的CSP唱片介紹，明確涉及中間輥。該矩陣可能已滿如果問題比較小。在這種情況下，對各個階段的所有模式可呈現在矩陣。否則，是一個列選擇適當的技術在網上列生成。但在兩種情況下，我們是否提前產生的所有列，或使用列生成，在矩陣的行數保持不變，因為可能的中間大小的列表給出。 2.1雙重問題 在這里，向量U1和U2是雙變量向量對應的中間輥和成品輥，分別。對偶問題（4） - （6）輔助導致兩個問題，應該在解決類型的列選擇步驟，修訂后的單純形算法。 2.2。列生成 在第一類的輔助問題，是關系到第一階段削減模式生成切削過程。中間輥列表保持不變。顯然，這種類型是與第一組問題的雙重約束（5），輔助問題在本質上是相同的背包問題，因為我們在一個典型或一個階段的CSP。輔助問題可以表示為背包以下問題：在這里，U1是一個目標函數的系數是主問題的雙變量的值向量;Y是中間輥寬度載體;?W0的是股票輥寬度和向量a是一個變量的向量。如果目標函數值超過1.0，一個新列第一階段產生。這種情況緊跟從第一組的限制（5）可作為UT斯達康提交一答1161T。該為解向量進入到矩陣答11列對第二類是輔助問題與成品輥切割產生的模式利用現有的中間輥。這種類型是與約束（5）第二組。對于每個中間輥系列YJ我們應該解決以下背包問題：在這里，U2是目標函數的系數是主對偶變量值的向量問題;?w是一個成品尺寸的載體;額敏是一項強制性的最低邊緣，eminP0;鷹擊是中間寬輥J和向量a是一個變量的向量。讓u1j是一個雙變量的值對應于j的中間尺寸如果目標函數價值超過u1j，一個新列第二階段產生。這種狀況緊跟從約束第二組（5）可作為UT斯達康提交2?A22號6?UT斯達康一答12。由于矩陣答12結構，右邊歸結為對偶變量對應的中間載體卷。 該解決方案作為載體進入A22號為矩陣列。如果我們沒有中間輥中的不確定性，上述兩種類型的背包-背包i和背包第二至足以解決問題最佳狀態(tài)。 3。模型未知的中間輥 如果中間輥是未知的，我們面臨更加復雜的局面。我們可以自由地選擇任何合適的從一個給定范圍內的中間大小?[Ymin成員;?yMax的]。由于每個中間輥和軋輥成品關聯用矩陣的唱片，在唱片的不確定性矩陣在兩個方向延伸行：列和行。出于這個原因，一列生成技術不能單獨解決這個問題。另一方面，中間輥潛在的巨大數目可能產生的一切可能性預先排除。我們可以估計在現實生活中不同的中間輥潛力。讓頤，范圍為中間輥寬度。參數鏑是依賴于機器的，但通常頤800毫米。設d是至少幅寬的精度。通常情況下為 0.5毫米。因此，不同N =4輥這個公式給我們一個估計?1600。當然，對于特殊情況的多級CSP的估計可能是少得多。雖然如此，全尺寸的LP矩陣往往是非常大的。 另一種說法，對先進的中間輥代的是一個業(yè)務問題。該在一次中間輥的多樣性減緩物質流，復雜滾跟蹤任務，并提供切割作業(yè)少的靈活性。一家造紙廠總是傾向于用最少的操作一些不同中間輥尺寸。不用說，這將是非?？扇〉挠幸粋€聰明的辦法產生中間輥這可以做切割模式 -只在需要時。下一步，我們將目前的行和列的一代技術的兩個階段的問題（1） - （3）。 3.1。行與列代 隨著背包一，二和背包，我們可能面臨的問題與第三類輔助同時產生新的中間輥和切割模式。在這里，我們應該記住矩陣的唱片行目前的中間和成品卷。?（如果我們對股票的限制，我們輥將包括額外的行卷，以及股票。）的LP模式矩陣的列切進入中間輥和中間輥到成品的股票名單。 在這里，我們正在努力適應修正單純到一個任務，是不是它的典型。據了解，上每一步的修正單純一列正進入更換的基礎和另一列是離開的基礎。如果列在事先不知道，我們使用一列生成技術，擴大了LP矩陣列方向。修訂后的單純沒有使我們有能力產生未知行?，F在的問題是如何能產生未知的中間輥使用修訂后的單純的步驟？ 讓我們限制搜索生成中間輥不超過上一個新的中間輥修訂后的每一個單純的一步。因此，我們應該生成矩陣的新的唱片行，并在非退化的情況下，矩陣的秩的唱片將有效地增加1。矩陣的基礎上，應還可以擴大一行和一列，因為只有一列葉片旋轉過程中的基礎第一步，我們得出結論，兩列實際上應該是在一個單一步驟生成。其中一應添加到矩陣基礎上無條件地與其他人都不應取代現有的一個旋轉的一步。 讓向量y為中間輥尺寸已經在模型到目前為止，變量z是一個新的中間軋輥尺寸和V是一個相應的對偶變量。我們面臨如下非線性整數規(guī)劃問題： 這里有兩個變量新列：列在第一階段和第二階段柱A22號答11，中間輥寬度z時，為新行V雙變量，而軋輥一個新的中間數寬度在第一階段削減模式。請注意，約束（10）有一個平等的形式。作為解決背包三的結果，我們會找到一個新的中間輥尺寸，及兩所切割方式第一和第二階段，分別為。 從理論上說，上述規(guī)定的限制限制了我們的選擇產生中間輥。事實上，時可能出現的情況沒有新的存在只是一個涉及切割方式新的中間滾。至少有兩個新的中間輥應列入一份關于第一階段削減模式。我們可以可以想象，這種情況更可能是在修正單純的開始，當初始設置中間輥是稀少。只要程序產生更多的中間輥，這種情況變得不太可能的。正如我們展示后，一次一個''''中間輥的限制是正當的廣泛的現實世界中的CSP。 3.2。在經修訂單純形算法的修改后的列選擇 讓我們證明了以下命題一。 命題1。設B是一個mm，非奇異矩陣，巴將其擴展加入一行，并形成一列如下所示：其中A是一個向量維數m，0是一個零鈥檚維向量米然后，逆矩陣B1一存在，并且被定義為證明。這是不難驗證巴布1一錄I，其中I是單位矩陣。修改后的列的修正單純形算法的選擇步驟如下： 第1步。?i.如果解決背包的功能最優(yōu)值超過1.0，解答11是一列進入修訂后的單純形算法的基礎旋轉步。否則，進入下一步驟。 第2步。二，解決背包為每個現有的中間輥系列YJ，強?1。?。?。的K.如果最優(yōu)值問題?超過u1j然后解決A22號是一列進入修訂后的旋轉步的基礎單純形算法。否則，進入下一步驟。 第3步。解決背包三。如果功能最優(yōu)值超過1.0，我們應 ?擴大一行和一列的基礎矩陣， ?選擇一列作為進入修訂后的單純形算法的基礎上旋轉步其他列 第二階段削減模式。 矩陣的基礎上擴大根據（14），其中B是迄今為止發(fā)現的基礎矩陣，A是一個新的添加的列。擴大的逆矩陣保留當前的逆矩陣的子矩陣B 1和它是 適當微升零點在該行第1A和B列中所示（15）元素。 如果背包第三最優(yōu)解不超過1.0，和松弛變量的減少成本非負數，那么當前的解決方案是最佳的。 列選擇看起來更比一代的經典案列復雜。其實二2和3個額外的步驟是參與?，F在，我們調查的輔助問題本身。 3.3。背包問題的非線性 雖然前兩個輔助問題類型- 背負土地出人附著物背包II類是傳統(tǒng)的和同時涵蓋了文學（見[11]，或[2]），第三類背包第三需要專項調查。 背包III是一個有許多額外的限制（7）非線性背包- （13）。非線性度是由兩個條款規(guī)定：在目標函數中弗吉尼亞州（7）和約束（8）雜。 3.4。字典算法在背包問題 所有問題的參數功能界別;一，保函，目標函數系數和單約束參數，假設是積極的。該字典算法中提出了Chvatal由Gilmore和戈莫里[6] [2]符號如下： 第1步。安排的項目比率依序為：錄一其中m為載體維度。不失一般性，我們可以假設為C1 =?a1Pc2=?a2P中成藥=我。初始化索引變量的分支，鉀錄0，函數f的客觀錄零紀錄的價值，以及工作參數該算法的一個背包鈥布列斯特錄其余（空缺）B部分（您不能跟蹤這方面的工作在原來的文件參數，但它不可避免地出現，一旦你開始編碼的算法。） 第2步。查找當前分支的最有前途的延伸。 第3步。是一個改進方案獲得？計算出的價值目標函數f?CTX和 比較的交易記錄。 第4步?；厮莸较乱粋€分支。 第5步。是值得探討的分支？該分行潛力估計由一個上限背包尾巴的功能。 這是一個基本的字典算法。對于背包III0，第2步是通過檢查補充在雙面約束的有效性（19）。如果檢查失敗轉到步驟4。 3.5。找到一個好的初始解 這是可取的開始，一個可行的方案接近最優(yōu)?；厥酌}2段， 我們的結論是中間輥的初步名單應至少包括Ymin成員，因為它可能無法提交 由成品輥寬度的線性組合。此外，為了提供一個溫暖的開始''''我們產生一 初步清單使用以下過程中間輥。 4。一個樣本問題 假設有四個要削減成品卷。兩臺機器進行兩個階段的連續(xù)切割：第一臺機器切成中間輥輥股票，而第二個削減到了中間輥成品卷。輸入數據見表1和2。 首先，我們將產生一個初步的解決方案。讓我們限制了中間輥的初步清單一個強制性輥：Ymin成員??日圓1200毫米。因此，我們有一個在第一階段生產1200毫米模式 四輥和第二階段的模式，每完成滾動。 初始矩陣基礎上突出顯示于表3。目標函數值是60.777。 表4顯示了解決問題的動力。有趣的是，如何跟蹤算法生成新列（模式）和（中間大小）新行。問題是開始出現在初始矩陣大膽的框架。然后圖案9和第10列生成過程中產生的步驟。下一步中間1900毫米大小的生成以及兩個新模式：模式11和模式12。然后，算法利用新的規(guī)模優(yōu)勢，并產生13-16新列。然后，一個新的中間尺寸1690?mm的生成以及兩個新模式，17和18，等等。 該算法發(fā)現換句話說與36套最佳解決方案的第一階段，36個股票輥有序需要削減量。我們怎樣才能證明最優(yōu)？我們可以通過計算一個下界允許所有成品輥要削減在第一階段直接。輕松的問題的最佳解決方案，這是一個單級CSP的，也是36套。 這是值得注意的解決方案是一種退化，因為只有六非零解的基本變量在9個元素的基礎。其基本模式是突出于表4。中間有四個1200，1390，1710和1900毫米軋輥的最佳解決方案。 下一步，我們將展示如何提高業(yè)務質量的解決方案。 5。減少中間輥 照此計算，一個中等大小的不同數量最少的時間表是最可取的。該情況類似的模式在單階段問題減少。為解決這種情況的精確算法問題仍在等待來自運籌社會的關注?，F在是什么我們擁有一，該行為后試圖反復優(yōu)化分析，以取代一中間輥很少啟發(fā)式另外一個是已經在溶液中，或以取代現有的兩個新的中間輥，或三個現有的兩個新的等中間輥 在這里，我們演示了如何''二對一的''改建工程。讓我們看看我們剛才調查的樣本。在該解決方案有四個中間輥：1200，1390，1710和1900毫米。在圖譜第一階段，我們可以看到，對1390卷和1710毫米22只外觀模式，都有因子1卷。讓我們嘗試下列替代：根據（23），我們將定義一個新的中間輥尺寸一五五〇毫米?t1710?mmTe1390毫米= 2。因此，22模式將有一個例外，幾乎完整的：不是一139017時10毫米的外觀我們會得到兩個一五五零毫米亮相。現在，我們也應該轉向第二階段的模式與1390毫米和1710毫米卷。這些模式是23和25。請注意，這兩個有一集的模式相同數目- 22。現在我們可以用一種模式取代這兩種模式一五五零毫米?t50毫米320毫米t2?t500毫米340毫米44套。 所以我們沒有退化的解決方案的效率，但我們已經降低了中間總數卷筒：不是四個不同尺寸，我們有三個不同的大小。這是一個很大的進步，從個業(yè)務觀點。 中間輥減少技術如上所述證明是簡單而有效的工具提高解的品質。 6。實驗 在實驗期間，我們追求的主要目標是： ?確定是否每次一個規(guī)則中間輥提供了一個體面的解決方案的質量， ?估計有多少中間尺寸的解決方案，并 ?估計的熱情開始生效。 我們實現了兩個擴展與修改單純形算法：列生成方法，行和列的生成方法使用Microsoft Visual C++。我們已經制定了發(fā)生器隨機兩階段的問題。此外，我們跑了每個修剪消除了第二個問題松弛通過允許所有成品切割輥要削減在第一階段直接的階段。松弛的問題解決了常規(guī)列生成技術。 1． 找到的解決辦法按行和列代幾乎完全符合其定義的下限和50的訂單。隨機生成的具體參數列于表6。我們計算了的差距，其中f是功能價值，而F是美國東部時間的估計問題的最優(yōu)值的功能。在一個隨機生成的問題，1000樣品的最大差距為11.1％。它已經達成只有兩個實例，并與三個訂單都是小問題。只有八個實例有超過0.5％的差距。因此，只有在少數情況下是最優(yōu)的解決方案問題 2． 在解決中間輥數量不是單調函數的orders.When數訂單的數量少它增加一些微薄的價值和深遠的某一點后啟動下降。對于大規(guī)模問題的解決方案的不同，大小數都趨于中間是一個非常小。這種現象的最好解釋如下：隨著訂單數量的增長，第二階段的模式就變得如此多樣，只有少數中級尺寸必須提供高效率的第二階段削減。第一階段是保證切割效率高選擇中間有良好的尺寸合適的股票大小。例如，在許多情況下，只有兩個中間為五千毫米股票已經生成尺寸大?。?585和一八三零毫米提供一個完美的第一階段格局：2?一五八五毫米t一八三零毫米。當然，問題可能有一個大數目的中間解決方案卷筒但發(fā)展的方法的優(yōu)點是它可以產生一些解決方案。 3。表現也證明是可擴展性。當問題規(guī)模相對較小它具有顯著增長。迭代的次數的增多，如Oem2T，其中m是成品尺寸數量。但經過某一點，正如我們以上，生長穩(wěn)定。 4。不料，熱啟動表現不佳。此外，雖然是一個有價值的熱啟動相對較小的問題，此外，它推動下表現為，凡在大的問題，最后只一些中間輥的使用。正如我們所料，數據粒度或數據的準確性影響的表現。允許所有寬度，四舍五入至整數，而不是維持毫米小到半毫米的精度，提高性能相當。 7結論 切割過程跨越幾個階段帶來了另一個層面的CSP，使它更難因此更具挑戰(zhàn)性。充足的造型多級CSP的結果兩種模型類型：一一個給定的中間尺寸，并與其他未知的中間尺寸。這些模型互補的，都應該實行商業(yè)軟件解決多級總警司。目前的結果，特別是優(yōu)雅的行和列生成技術，是非常有前途為有效解決大型多級模型。實驗證明了計算程序的效率其解決方案和高品質。盡管我們已經證明在兩個階段的情況下，CSP的技術，它可適應于一般情況下一個多級的CSP。 致謝 筆者要感謝克里斯倫尼克，兩個匿名的寶貴意見和裁判建議，大大提高了紙張。 參考文獻 [1]?J.M.V.卡瓦略A.J.G.羅德里格斯線性規(guī)劃為基礎的方法，分兩個階段料問題，歐洲雜志運籌學84（3）（1995）580-589。 [2]五Chvatal，線性規(guī)劃，弗里曼，紐約，1983年。 [3]閣下Dyckhoff，兩個主要模型之間橋梁的下料配方，工藝，紙張的研討會生產管理在佩奇，匈牙利，九月6-9，1988，第40-51。 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we must first process the parts analysis technology analysis and comparison by using the punch blanking process through the blanking force the top pieces of force discharge force of the calculations to determine the type presses In the analysis of the stamping process to select the desired type of mold for the mold Types obtained after the design of the mold die parts of the various working parts of the design process of expression In the first part of the document the main account of the development of stamping die stamping die shows the importance and significance of this design then is the stamping industry analysis completed the material utilization rate calculation Calculation of force during the blanking process and the work of some of blanking die design calculation provide the basis for the selection of stamping equipment Finally the choice of the main components The design described blanking compound die stamping design and working process Reliable performance of the mold smooth operation improved product quality and production efficiency reduce labor intensity and production costs Keywords Stamping Blanking punch Compound Die die structure 目 錄 1 前言 1 1 1沖壓的概念 特點及應用 1 1 2 沖壓的基本工序及模具 2 1 3 沖壓技術的現狀及發(fā)展方向 3 2 零件工藝性分析 7 3 拉深工藝及拉深模有設計 8 設計要點 8 3 1有凸緣圓筒形件的拉深方法及工藝計算 8 3 2寬凸緣圓筒形件的工藝計算要點 9 3 3 拉深凸模和凹模的間隙 10 3 4拉深凸模 凹模的尺寸及公差 10 3 5凹模圓角半徑 RD 11 3 6凸模圓角半徑 RP 12 4 沖裁工藝及沖裁模具的設計 13 4 1 凸模與凹模刃口尺寸的計算 13 4 2 凸 凹模刃口尺寸的計算方法 13 4 3落料和沖孔 13 4 3 1落料 13 4 3 2沖孔 14 4 3 3凹模洞的類形 15 4 4 4凹模的外形尺寸 16 5 模具的其它零件 17 5 1 模架 17 5 2 模柄 18 5 3 卸料板 19 5 4 彈頂和推出裝置 20 5 5 導向裝置 導柱 導套 20 5 6 固定零件 固定板 墊板 21 5 7 連接零件 21 6模具總裝圖 23 7 壓力機的選擇 26 8 模具的裝配 28 8 1 模具的裝配 28 8 2凸 凹模間隙的調整 29 9 沖壓模具零件加工工藝的編制 30 10結論 32 參考資料 33 致謝 34 1 1 前言 1 1沖壓的概念 特點及應用 沖壓是利用安裝在沖壓設備 主要是壓力機 上的模具對材料施加壓力 使其產生分離或塑性變形 從而獲得所需零件 俗稱沖壓或沖壓件 的一種壓 力加工方法 沖壓通常是在常溫下對材料進行冷變形加工 且主要采用板料來 加工成所需零件 所以也叫冷沖壓或板料沖壓 沖壓是材料壓力加工或塑性加 工的主要方法之一 隸屬于材料成型工程術 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具 簡稱沖模 沖模是將材料 金屬或非金 屬 批量加工成所需沖件的專用工具 沖模在沖壓中至關重要 沒有符合要求 的沖模 批量沖壓生產就難以進行 沒有先進的沖模 先進的沖壓工藝就無法 實現 沖壓工藝與模具 沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素 只有它 們相互結合才能得出沖壓件 與機械加工及塑性加工的其它方法相比 沖壓加工無論在技術方面還是經 濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點 主要表現如下 1 沖壓加工的生產效率高 且操作方便 易于實現機械化與自動化 這是 因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工 普通壓力機的行程次數為每分鐘 可達幾十次 高速壓力要每分鐘可達數百次甚至千次以上 而且每次沖壓行程 就可能得到一個沖件 2 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度 且一般不破壞沖壓件 的表面質量 而模具的壽命一般較長 所以沖壓的質量穩(wěn)定 互換性好 具有 一 模一樣 的特征 3 沖壓可加工出尺寸范圍較大 形狀較復雜的零件 如小到鐘表的秒表 大到汽車縱梁 覆蓋件等 加上沖壓時材料的冷變形硬化效應 沖壓的強度和 剛度均較高 4 沖壓一般沒有切屑碎料生成 材料的消耗較少 且不需其它加熱設備 因而是一種省料 節(jié)能的加工方法 沖壓件的成本較低 但是 沖壓加工所使用的模具一般具有專用性 有時一個復雜零件需要數 套模具才能加工成形 且模具 制造的精度高 技術要求高 是技術密集形產品 所以 只有在沖壓件生產批量較大的情況下 沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現 從而獲得較好的經濟效益 2 沖壓地 在現代工業(yè)生產中 尤其是大批量生產中應用十分廣泛 相當多 的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件 如汽車 農機 儀器 儀 表 電子 航空 航天 家電及輕工等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖壓件所占 的比重都相當的大 少則 60 以上 多則 90 以上 不少過去用鍛造 鑄造和切 削加工方法制造的零件 現在大多數也被質量輕 剛度好的沖壓件所代替 因 此可以說 如果生產中不諒采用沖壓工藝 許多工業(yè)部門要提高生產效率和產 品質量 降低生產成本 快速進行產品更新換代等都是難以實現 的 1 2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多 各類零件的形狀 尺寸和精度要求又各不 相同 因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的 概括起來 可分為分 離工序和成形工序兩大類 分離工序是指使坯料沿一定的輪廓線分離而獲得一 定形狀 尺寸和斷面質量的沖壓 俗稱沖裁件 的工序 成形工序是指使坯料 在不破裂的條件下產生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序 上述兩類工序 按基本變形方式不同又可分為沖裁 彎曲 拉深和成形四 種基本工序 每種基本工序還包含有多種單一工序 在實際生產中 當沖壓件的生產批量較大 尺寸較少而公差要求較小時 若 用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求 這時在工藝上多采用集 中的方案 即把兩種或兩種以上的單一工序集中在一副模具內完成 稱為組合 的方法不同 又可將其分為復合 級進和復合 級進三種組合方式 復合沖壓 在壓力機的一次工作行程中 在模具的同一工位上同時完成 兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式 級進沖壓 在壓力機上的一次工作行程中 按照一定的順序在同一模具的 不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方式 復合 級進 在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工序 沖模的結構類型也很多 通常按工序性質可分為沖裁模 彎曲模 拉深模和 成形模等 按工序的組合方式可分為單工序模 復合模和級進模等 但不論何 種類型的沖模 都可看成是由上模和下模兩部分 組成 上模被固定在壓力機工作臺或墊板上 是沖模的固定部分 工作時 坯 料在下模面上通過定位零件定位 壓力機滑塊帶動上模下壓 在模具工作零件 即凸模 凹模 的作用下坯料便產生分離或塑性變形 從而獲得所需形狀與 尺寸的沖件 上?；厣龝r 模具的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸 凹模上 卸下或推 頂出來 以便進行下一次沖壓循環(huán) 3 1 3 沖壓技術的現狀及發(fā)展方向 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展 許多新技術 新工藝 新設備 新材料不斷涌現 因而促進了沖壓技術的不斷革新和發(fā)展 其主要表 現和發(fā)展方向如下 1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎 目前 國內外對沖壓成形理論 的研究非常重視 在材料沖壓性能研究 沖壓成形過程應力應變分析 板料變 形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究等方面均取得了較大的進展 特 別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和塑性變形理論的進一步完善 近年來國內外 已開始應用塑性成形過程的計算機模擬技術 即利用有限元 FEM 等有值分析 方法模擬金屬的塑性成形過程 根據分析結果 設計人員可預測某一工藝方案 成形的可行性及可能出現的質量問題 并通過在計算機上選擇修改相關參數 可實現工藝及模具的優(yōu)化設計 這樣既節(jié)省了昂貴的試模費用 也縮短了制模 具周期 研究推廣能提高生產率及產品質量 降低成本和擴大沖壓工藝應用范圍的 各種壓新工藝 也是沖壓技術的發(fā)展方向之一 目前 國內外相繼涌現出精密 沖壓工藝 軟模成形工藝 高能高速成形工藝及無模多點成形工藝等精密 高 效 經濟的沖壓新工藝 其中 精密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法 它擴 大了沖壓加工范圍 目前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm 精度可達 IT16 17 級 用液體 橡膠 聚氨酯等作柔性凸?；虬寄５能浤３尚喂に?能 加工出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件 在特定生產條件下 具有明顯的經濟效果 采用爆炸等高能效成形方法對于加工各種尺寸在 形狀 復雜 批量小 強度高和精度要求較高的板料零件 具有很重要的實用意義 利用金屬材料的超塑性進行超塑成形 可以用一次成形代替多道普通的沖壓成 形工序 這對于加工形狀復雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性 無模多點成 形工序是用高度可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技 術 我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備 解決了多 點壓機成形法 從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài) 提高了材料的成形極限 同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力 實現無回彈成形 無模多點成 形系統(tǒng)以 CAD CAM CAE 技術為主要手段 能快速經濟地實現三維曲面的自動化 成形 2 沖模是實現沖壓生產的基本條件 在沖模的設計制造上 目前正朝著以下兩 方面發(fā)展 一方面 為了適應高速 自動 精密 安全等大批量現代生產的需要 4 沖模正向高效率 高精度 高壽命及多工位 多功能方向發(fā)展 與此相比適應 的新型模具材料及其熱處理技術 各種高效 精密 數控自動化的模具加工機 床和檢測設備以及模具 CAD CAM 技術也在迅速發(fā)展 另一方面 為了適應產品 更新換代和試制或小批量生產的需要 鋅基合金沖模 聚氨酯橡膠沖模 薄板 沖模 鋼帶沖模 組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到了迅速發(fā)展 精密 高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖模代表了 現代沖模的技術水平 目前 50 個工位以上的級進模進距精度可達到 2 微米 多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程 還可完成焊接 裝配等工序 我國已 能自行設計制造出達到國際水平的精度達 2 5 微米 進距精度 2 3 微米 總壽命達 1 億次 我國主要汽車模具企業(yè) 已能生產成套轎車覆蓋件模具 在 設計制造方法 手段方面已基本達到了國際水平 但在制造方法手段方面已基 本達到了國際水平 模具結構 功能方面也接近國際水平 但在制造質量 精 度 制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距 模具制造技術現代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎 計算機技術 信息技術 自 動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透 交叉 融合形成了現代模 具制造技術 其中高速銑削加工 電火花銑削加工 慢走絲切割加工 精密磨 削及拋光技術 數控測量等代表了現代沖模制造的技術水平 高速銑削加工不 但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質量 主軸轉速一般為 15000 40000r min 加工精度一般可達 10 微米 最好的表面粗糙度 Ra 1 微 米 而且與傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低 工件只升高 3 攝氏度 切削力小 因而可加工熱敏材料和剛性差的零件 合理選擇刀具和切削用量還可實現硬材 料 60HRC 加工 電火花銑削加工 又稱電火花創(chuàng)成加工 是以高速旋轉的簡 單管狀電極作三維或二維輪廓加工 像數控銑一樣 因此不再需要制造昂貴的 成形電極 如日本三菱公司生產的 EDSCAN8E 電火花銑削加工機床 配置有電極 損耗自動補償系統(tǒng) CAD CAM 集成系統(tǒng) 在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng) 體現了當今電火花加工機床的技術水平 慢走絲線切割技術的發(fā)展水平已相當 高 功能也相當完善 自動化程度已達到無人看管運行的程度 目前切割速度 已達到 300mm min 加工精度可達 1 5 微米 表面粗糙度達 Ra 01 0 2 微米 2 精度磨削及拋光已開始使用數控成形磨床 數控光學曲線磨床 數控連續(xù)軌跡 坐標磨床及自動拋光等先進設備和技術 模具加工過程中的檢測技術也取得了很 大的發(fā)展 現在三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外 其良好的 溫度補償裝置 可靠的抗振保護能力 嚴密的除塵措施及簡單操作步驟 使得 現場自動化檢測成為可能 此外 激光快速成形技術 RPM 與樹脂澆注技術在 快速經濟制模技術中得到了成功的應用 利用 RPM 技術快速成形三維原型后 5 通過陶瓷精鑄 電弧涂噴 消失模 熔模等技術可快速制造各種成形模 如清 華大學開發(fā)研制的 M RPMS 型多功能快速原型制造系統(tǒng) 是我國自主知識產 權的世界惟一擁有兩種快速成形工藝 分層實體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM 的系統(tǒng) 它基于 模塊化技術集成 之概念而設計和制造 具有較好的價 格性能比 一汽模具制造公司在以 CAD CAM 加工的主模型為基礎 采用瑞士汽 巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖模應用在國產轎車試制和小批量生產開 辟了新的途徑 3 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件 高精度 高壽命 高效率的沖模需要高精度 高自動化的沖壓設備相匹配 為了滿足大批量高速 生產的需要 目前沖壓設備也由單工位 單功能 低速壓力機朝著多工位 多 功能 高速和數控方向發(fā)展 加之機械乃至機器人的大量使用 使沖壓生產效 率得到大幅度提高 各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用 如在數控四邊折彎機中送入板料毛坯后 在計算機程序控制下便可依次完成四 邊彎曲 從而大幅度提高精度和生產率 在高速自動壓力機上沖壓電機定轉子 沖片時 一分鐘可沖幾百片 并能自動疊成定 轉子鐵芯 生產效率比普通壓 力機提高幾十倍 材料利用率高達 97 公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑 塊行程次數已達 2000 次 min 以上 在多功能壓力機方面 日本田公司生產的 2000KN 沖壓中心 采用 CNC 控制 只需 5min 時間就可完成自動換模 換料和 調整工藝參數等工作 美國惠特尼公司生產的 CNC 金屬板材加工中心 在相同 的時間內 加工沖壓件的數量為普通壓力機的 4 10 倍 并能進行沖孔 分段沖 裁 彎曲和拉深等多種作業(yè) 近年來 為了適應市場的激烈競爭 對產品質量的要求越來越高 且其更新 換代的周期大為縮短 沖壓生產為適應這一新的要求 開發(fā)了多種適合不同批 量生產的工藝 設備和模具 其中 無需設計專用模具 性能先進的轉塔數控 多工位壓力機 激光切割和成形機 CNC 萬能折彎機等新設備已投入使用 特 別是近幾年來在國外已經發(fā)展起來 國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元 FMC 和沖壓柔性制造系統(tǒng) FMS 代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢 FMS 系統(tǒng) 以數控沖壓設備為主體 包括板料 模具 沖壓件分類存放系統(tǒng) 自動上料與 下料系統(tǒng) 生產過程完全由計算機控制 車間實現 24 小時無人控制生產 同時 根據不同使用要求 可以完成各種沖壓工序 甚至焊接 裝配等工序 更換新 產品方便迅速 沖壓件精度也高 4 沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產 已得到模具行業(yè)和廣泛重視 因為沖模屬單件 6 小批量生產 沖模零件既具的一定的復雜性和精密性 又具有一定的結構典型 性 因此 只有實現了沖模的標準化 才能使沖模和沖模零件的生產實現專業(yè) 化 商品化 從而降低模具的成本 提高模具的質量和縮短制造周期 目前 國外先進工業(yè)國家模具標準化生產程度已達 70 80 模具廠只需設計制造工 作零件 大部分模具零件均從標準件廠購買 使生產率大幅度提高 模具制造 廠專業(yè)化程度越不定期越高 分工越來越細 如目前有模架廠 頂桿廠 熱處 理廠等 甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖裁?；驈澢?這樣更有 利于制造水平的提高和制造周期的縮短 我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來 也有較大發(fā)展 除反映在標準件專業(yè)化生產廠家有較多增加外 標準件品種也 有擴展 精度亦有提高 但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求 主要體 現在標準化程度還不高 一般在 40 以下 標準件的品種和規(guī)格較少 大多數 標準件廠家未形成規(guī)?；a 標準件質量也還存在較多問題 另外 標準件 生產的銷售 供貨 服務等都還有待于進一步提高 設計要求 設計該零件為落料拉深沖孔復合模 7 2 零件工藝性分析 如右圖 1 所示 工件為有凸緣圓筒形零件 且在凸緣上均勻分布 4 個相同 的孔 故可得知此工件為 落料拉深沖孔所得 其加工工藝過程為 落料 拉 深 沖孔 各尺寸關系如圖 1 所示 圖 1 蓋冒墊片 8 3 拉深工藝及拉深模有設計 設計要點 設計確定拉深模結構時為充分保證制件的質量及尺寸的精度 應注意以下 幾點 1 拉深高度應計算準確 且在模具結構上要留有安全余量 以便工件稍高時仍 能適應 2 拉深凸模上必須設有出氣孔 并注意出氣孔不能被工件包住而失去作用 3 有凸緣拉深件的高度取決勝于上模行程 模具中要設計有限程器 以便于模 具調整 4 對稱工件的模架要明顯不對稱 以防止上 下模位置裝錯 非旋轉工件的凸 凹模裝配位置必須準確可行 發(fā)防松動后發(fā)生旋轉 偏移而影響工件質量 甚至損壞模具 5 對于形狀復雜 需經過多次拉深的零件 需先做拉深模 經試壓確定合適的 毛坯形狀和尺寸后再做落料模 并在拉深模上按已定形的毛坯 設計安裝定 位裝置 6 彈性壓料設備必須有限位器 防止壓料力過大 7 模具結構及材料要和制件批量相適應 8 模架和模具零件 要盡是使用標準化 9 放入和取出工件 必須方便安全 3 1有凸緣圓筒形件的拉深方法及工藝計算 有凸緣筒形件的拉深原理與一般圓筒形件是相同的 但由于帶有凸緣 其拉 深方法及計算方法與一般圓筒形件有一定差別 1 在凸緣拉深件可以看成是一般圓筒形件在拉深未結束時的半成品 即只將毛 坯外徑拉深到等于法蘭邊 即凸緣 直徑 df時的拉深過程就結束 因此其 變形區(qū)的壓力狀態(tài)和變形特點應與圓筒形件相同 9 圖 2 凸緣件毛培 根據凸緣的相對直徑 df d 比值同有凸緣筒形件可分為 窄凸緣筒形件 d f d 1 1 1 4 和寬凸緣筒形件 d f d 1 4 顯然此工件 df d 50 21 2 38 1 4 為寬凸緣筒形件 下面著重對寬凸緣件的拉深進行分析 主要介紹其與直壁筒形件的不同點 當 rp rd r 時 圖 2 寬凸緣件毛坯直徑的計算公式為 1 rf dh4 7D 根據拉深系數的定義寬凸緣件總拉深系數仍可表示為 2 drhdmf 4 3 2 3 2寬凸緣圓筒形件的工藝計算要點 1 毛坯尺寸的計算 毛坯尺寸的計算仍按等面積原理進行 參考無凸緣筒形 件毛坯的計算方法計算 毛坯直徑的計算公式見式 1 其中 df要考慮修邊余 量 其值可從 沖壓工藝與模具設計 表 4 22 中查得 1 6mm 即 df 50 1 6 51 6mm 則 D 54 75mm5 3 214 7 216 5 根據拉深系數的定義 寬凸緣件總拉深系數仍可表示為 M 8 0 Dd 2 判斷工件是否一次拉成 這只須比較工件實際所需的總拉深系數和 h d 與 凸緣件第一次拉深系數和極限拉深系數的相對高度即可 m 總 m 1 當 1 h d h 1 d1時可以一次拉成 工序計算到此結束 否則應進行多次拉深 m 總 0 38 h d 0 33 由 沖壓工藝與模具設計 表 4 2 6 查得此凸緣件的第2 7 10 一次拉深系數 m1 0 37 由表 4 2 7 查得此凸緣件的第一次拉深最大相對高度 h1 d1 0 28 0 35 之間 可知 m 總 m 1 h d h 1 d1可一次拉成 3 3 拉深凸模和凹模的間隙 拉深模間隙是指單面間隙 間隙的大小對拉深力 拉深件的質量 拉深模的 壽命都有影響 若 c 值大小 凸緣區(qū)變厚的材料通過間隙時 校正和變形的阻 力增加 與模具表面間的摩擦 磨損嚴重 使拉深力增加 需件變薄嚴重 甚 至拉破 模具壽命降低 間隙小時得到的零件側壁平直而光滑 質量較好 精 度較高 間隙過大時 對毛坯的校直和擠壓作用減小 拉深力降低 模具的壽命提高 但零件的質量變差 沖出的零件側壁不直 因此拉深模的間隙值也應合適 確定 c 時要考慮壓邊狀況 拉深次數和工件 精度高 其原則是 即要考慮材料本身的公差 又要考慮板料的增厚現象 間 隙一般都比毛坯厚度略大一些 不用壓邊圈時 考慮到起皺的可能性取間隙值 為 C 1 1 1 tmax 有壓邊圈時 間隙數值也可按表 4 6 3 取值 沖壓工藝與模具設計 此工 件的拉深間隙可取 C 1 1t 1 1mm 3 4拉深凸模 凹模的尺寸及公差 工件的尺寸精度由末次拉深的凸 凹模的尺寸及公差決定 因此除最后一道 拉深模的尺寸公差需要考慮外 首次及中間各道次的模具尺寸公差和拉深半成 品的尺寸公差沒有必要做嚴格限制 這是模具的尺寸只取等于毛坯的過渡尺寸 即可 此工件內形尺寸公差有要求 故以凸模為基準 先定凸模尺寸考慮到凸 ?；静荒p 其尺寸關系如圖 3 所示 以及工件的回彈情況 凸模開始尺寸 不要取得過大 其值為 Dp d 0 4 p 3 凸模尺寸為 D d d 0 4 2C d 4 11 圖 3 凹 凸模 凸 凹模的制造公差 p和 d可根據工件的公差來選定 工件公差為 TT13 級 以上時 p和 d可按 TT6 8 級取 工件公差在 IT14 級以下時 則 p和 d 可按 IT10 級取 Dp 20 0 4 0 2 0 0 021 20 080 0 021mm Dd d 0 4 2c 0 d 20 0 4 0 2 2 1 1 0 d 22 280 0 021mm 3 5凹模圓角半徑 rd 拉深時 材料在經過凹模圓角時不僅因為發(fā)生彎曲變形需要克服彎曲阻力 還要克服因相對流動引起的磨檫阻力 所以 rd大小對拉伸工件的影響非常大 主要有以下影響 1 拉伸力的大小 2 拉伸件的質量 3 拉伸模的壽命 r d小時材料對凹模的 壓力增加 磨檫力增大 磨損加劇 使磨具的壽命降低 所以 rd的值即不能太 大 也不能太小 在生產上一般應盡量避免采用過小圓角半徑 在保證工件質 量的前提下盡量取大值 以滿足模具壽命要求 通?？砂唇涷灩接嬎?rd tD 8 0 式中 D 為毛坯直徑或上道工序拉深件直徑 d 為本道拉深后的直徑 rd應大于或 等于 2t 若其值小于 2t 一般很難拉出 只能靠拉深后整形得到所需零件 故 可取 rd 2 5mm 12 3 6凸模圓角半徑 rp 凸模圓角半徑對拉深工序的影響沒有凹模圓角半徑大 但其值也必須合格 一般首次拉深時凸模圓角半徑為 rp 0 7 1 0 r d 這里取 rp 1 0rd 2 5mm 圖 4 13 4 沖裁工藝及沖裁模具的設計 4 1 凸模與凹模刃口尺寸的計算 沖裁件的尺寸精度主要決定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理間隙也要靠 模具刃口尺寸制造精度來保證 正確確定模具刃口尺寸及其制造公差 是設計 沖裁模的主要任務之一 從生產實踐可發(fā)現 由于凸凹模之間存在間隙 使落 下的料或伸出的孔卻帶有錐度 且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸 沖孔件的 小端尺寸等于凸模尺寸 在測量于使用中 落料件以大端尺寸為基準 沖孔件 以小端尺寸為基準 4 2 凸 凹模刃口尺寸的計算方法 由于加工模具的方法不同 凸模與凹模刃口部分尺寸的計算公式與制造公差 的標注也不同 刃口尺寸的計算方法可分為以下兩種情況 凹模與凸模分開加 工 凸模和凹模配合加工 從此工件的結構上分析 選擇凸模與凹模分開加工 的制造方法 采用這種方法 凸模和凹模分別按圖紙加工至尺寸 要分別標注 凸模和凹模的刃口尺寸及制造公差 凸模 p 凹模 d 適用于圓形或簡單 形狀的制件 為了保證初始間隙值小于最大合理間隙 2Cmax 必須滿足下列條 件 minax2Cdp 或取 5 4 0 6 i6cd 也就是說 新制造模具應該是 否則制造的模具部隙已max2Cidp 超過允許變動范圍 2Cmin 2Cmax 影響模具的使作壽命 4 3落料和沖孔 4 3 1落料 高工件的尺寸為 D 0 根據計算原則 落料時以凹模為設計基準 首先確定凹 模尺寸 凹模的基本尺寸接近或等于制件輪廓的最小極限尺寸 再減小凸模尺 14 寸以保證最小合理間隙值 2Cmin 圖 5 落料 沖孔 名部分分配位置如圖 5 a 所示 其計算公式如下 7 dDd 0max 8 pCnpCpd 0minaxin 2 2 代入數據得 D03 03 9654 4675 0 75 4 mdpCpd 019 min 7 8 2 校核 由此可知 只有縮小 提4 1 049 pd p d 高制造精度 才保證間隙在合理范圍內 此時可取 mp016 4 0 放得 d2 0 6 Dd024 865 Dp 75 4 3 2沖孔 設沖孔尺寸為 根居以上原則 沖孔時以凸模設計為基準 首先確定凸 0d 模刃口尺寸 使凸?；境叽缃咏虻扔诠ぜ椎淖畲髽O限尺寸 再增大凹模 尺寸 凸模制造偏差為負偏差 凹模取正偏差 名部分分配位置如圖 5 b 所示 其計算公式如下 ddpdpccn 0mininmi0i 2 2 15 在同一工步制件上沖出兩個以上孔時 凹模型孔中心距 Ld按下式確定 9 p125 0 Lmind 代入數據 m1 7 p09 09 5d 校核 滿 足 間 隙 條 件 0 14 02 dp 孔距尺寸 m375 6 2Lin 4 3 3凹模洞的類形 常用凹模洞口的類形如圖 6 所示 圖 6 其中圖 a b c 為直筒式刃的凹模 其特點是制造方便 刃口強度高 刃磨后 工作部分尺寸不變 廣泛用于沖裁公差要求較小 形狀復雜的精密制件 但因 廢料 或制件的聚集而增大了推件力和凹模的脹裂力 給凸 凹模的強度都帶 來了不利的影響 一般復合模上出件的沖裁模用圖 a c 型 下出件的沖裁模用 圖 b 或圖 a 型 圖 d e 型是錐筒式刃口 在凹模內不聚集材料 側壁磨損小 但刃口強度差 刃磨后刃口徑向尺寸略有增大 如 30 0時 刃磨 0 1mm 時 其尺寸增大 0 0017mm 16 凹模錐角 后角 和洞高度 h 均隨制件材料厚度增加而增大 一般取 15 30 20 30 h 4 10mm 綜上所述及其對工件孔分析 選 擇 B 型凹模洞口 取 h 6mm 20 4 4 4凹模的外形尺寸 凹模的外形一般有矩形與圓形兩種 凹模的外形尺寸應保證凹模有足夠的強 度 剛度和修磨量 凹模的外形尺寸一般是根據被沖材料的厚度和沖裁件的最 大外形尺寸來確定的如圖 7 所示 凹模的厚度為 1 kb 15 凹模壁厚度為 c 1 5 2 H 30 40mm 圖 7 式中 b 為沖裁件的最大外形尺寸 K 為系數 是考慮板料厚度影響的系數可以 沖壓工藝與模具設計 表 2 8 2 中查得代入數據可得沖孔凹模 H 15mm c 30mm 落料凹模 H 0 35 54 75 20mm c 40mm 17 5 模具的其它零件 5 1 模架 模具除簡單沖模外 一般沖模多利用模架的結構 模架的和種類很多 要 根據模具的精度要求 模具的類別 模具的大小選擇合適的模架 模架的選擇可從 實用模具技術手冊 P192 頁選擇標準架 根據查閱的內 容及分析 此復合?？蛇x用后側導柱模架導 導柱安裝在后側 有偏心裁荷時 容易歪斜 滑動不夠平穩(wěn) 可從左右前三個方向關料操作比較方便 常用于一 般要求的小型工件的沖裁和拉深模 所選模架的結構及尺寸關系如圖 8 所示 18 圖 8 模架 L 250mm B 160mm 上模座 250 160 45 下模座 250 160 50 導柱 32 190 導套 32 105 43 Hmax 210 Hmin 170mm 其余尺寸見上下模座零件圖 可以 沖壓手冊 沖壓模具常用標準件選擇 5 2 模柄 模柄有多種形式 要根據模具的結構特點 選用模柄的形式模柄的直徑根據 所選壓力機的模柄孔徑確定 模柄可根據 實用模具技術手冊 P201 頁選擇 經查閱各種 模柄的特點 選用壓入式模柄 這種模柄應用比較廣泛壓入模柄的結構和尺寸 可參表 11 10 制造 表中 B 型模柄中間有孔可按裝打料桿 用壓力機的打料模 桿進行打料 模柄的結構及尺寸關系如圖 9 所示 19 圖 9 d 30 D 32 D1 42mm h 78mm h2 30mm h1 5mm b 2mm a 0 5mm d1 H7 6 0 0120 d2 11mm 20 5 3 卸料板 卸料板的主要作用是將沖壓的料從凸?；蛲?凹模上推下來 此外在進模 比較復雜的模具中 卸料板還具有保護小凸模作用 常用的卸料板結構形式及 適用范圍見表 11 24 和第八章級進模表 8 10 實用模具技術手冊 卸料板的尺 寸可根據 實用模具技術手冊 表 11 25 查得 本模具選用彈壓式卸料板 卸 料板的結構與尺寸關系如圖 10 所示 圖 10 卸料板 ho 16mm B 150mm C 0 1 0 2 t 0 2mm 5 4 彈頂和推出裝置 彈頂裝置由彈簧元件組成裝于模具的下面通過頂桿起到推料的作用 彈頂 裝置通常在壓力機的工作臺孔中 彈頂裝置結構形式見表 11 26 實用模具技 術手冊 具體結構及尺寸見裝配圖及零件圖所示 見圖表 10 設計模具時選 用標準的彈簧 已知沖裁時卸料為 FQ 3 8 可選圓鋼絲螺壓縮彈簧 由表 11 28 查得 d 8 0mm D2 50mm F 1990N Dmax 38mm Dmin 62mm 節(jié)距 P 14 9mm 21 5 5 導向裝置 導柱 導套 導向裝置指得是模架上的導柱 導套 模具在開模 閉模過程中 導柱和導 套起導向的作用 使得凸凹模正確的閉合 故此 導柱 導套需要有嚴格的配 合精度及尺寸要求 導柱 導套的選擇可以 沖壓手冊 中選取 取 H7 h6 配 合 如圖 11 a 導柱的具體尺寸為 d 32 L 190mmm016 導套的具體尺寸為 圖 11 b 圖 11 導柱 導套 D 32mm D r6 45mm L 105mm h 43mm L 25mm 油槽數為 2 b 3 a 1 22 5 6 固定零件 固定板 墊板 1 墊板的作用是承受凸模和凹模的壓力 防止過大的沖壓 在上下模座上 壓出凹坑 影響模具的正常工作 墊板厚度根據壓力機的大小選擇 一般取 5 12mm 外形與固定板相同 材料 45 鋼 熱處理后硬度為 45 48HRC 如圖 12a b 所示 墊板在模具中的受力情況 圖 12 2 固定板 固定板的作用起固定凸 凹模 防止其在沖壓過程中松動 造 成模具的損壞 固定板的形狀要根據凸 凹模而定 而外形尺寸與墊板相似 固定板和具體形狀尺寸見零件圖所示 5 7 連接零件 此類零件包括螺釘 銷釘等 主要作用是聯接其它零部伯 使之共同完成工 件的制造 螺釘和銷釘可由 沖壓手冊 第十章 第七 八章查選 形狀及尺 寸見七 八節(jié)圖所示現選螺釘 M12 圓柱銷 d 8 則沖壓模上有關螺釘孔的尺 寸見表 10 28 沖壓手冊 D 27 d 17 5 卸料螺釘選 M16 具體尺寸見表 10 29 沖壓手冊 23 6模具總裝圖 如圖根據模具總體結構方案及設計選用的模具零部件 繪制模具總體草圖 檢查核對各模具零件的位置關系 相關尺寸 配合關系及結構工藝性等是否合 適或合理 并校核壓力機的有關參數 24 圖 13 蓋帽墊片落料拉伸模主視圖 圖 14 蓋帽墊片落料拉伸模俯視圖 25 圖 15 蓋帽墊片沖孔模主視圖 圖 16 蓋帽墊片沖孔模主視圖 26 7 壓力機的選擇 沖壓設備的規(guī)格應根據沖壓件的尺寸 模具的尺寸和沖壓力來確定 7 1 壓力機的公稱壓力必須大于沖壓所需要的總沖壓力 即 F壓 力 7 2 壓力機應有足夠的行程 以保證毛坯的放進和工件在高度上能獲得所需的 尺寸 并使工件能方便地從模具中取出 7 3 沖模的閉合高度與壓力機的裝模高度相適應 即滿足 沖模的閉合高度介 于壓力機的最大閉合高度和最小閉合高度之間 7 4 滑塊的張開高度應適當 對于沖裁模 張開高度不宜過大 以免上模板與 壓力機導軌相撞或滾珠導向裝置脫開 對于拉深模 張開高度不宜過小 以便 取出工件 7 5 壓力機工作臺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 但在過大的工作臺面上安裝過小的尺寸的沖模時 對工作臺的受力條件 是不利的 壓力機的選擇要考慮 沖裁力 拉深力以及卸料力 推件力 頂件力 壓 力機的總噸位應大于等以上所有力之和 1 3 倍 普通刃沖裁模 其沖裁力 FP一 般可按下式計算 FP KPtL 10 27 式中 為材料的抗剪強度 L 為沖裁周邊總長 mm t 為材料厚度 系數 KP 是考慮到沖裁模刃口的磨損 凸模與凹模間隙的波動 數值的變化或分布不均 勻 潤滑情況 材料力學性能與厚度公差的變化等因素而設置的安全系數 一般取 1 3 當查不到強度 時 可用強度 b 代替 而取 KP 1 的近似計算法計算 材料鋼的強度可以 沖壓工藝與模具設計 表 1 4 1 查得 260MPa 360MPa 現取 340MPa FP1 1 3 1 3 14 54 75 340 76KN FP2 1 3 1 3 14 5 340 7KN 影響卸料力 推料力和頂件力的因素很多 要精確的計算出很困難 在實際生 產采用經驗公式計算 卸料力 F Q KFp 推料力 F Q1 nK1Fp 頂件力 F Q2 K2Fp 式中 卸料力系數 其值為 0 02 0 06 薄料取大值 厚料取小值 推件力系數 其值為 0 03 0 07 薄料取大值 厚料取小值 頂件力系數 其值為 0 04 0 08 薄料取大值 厚料取小值 n 為梗塞在凹模內的制件或廢料數量 n h t h 為直刃口部分的高 t 為材 料的厚度 h 取 4 10mm 現取 h 6mm 本模具中只有卸料力和推件力即可則 FQ 0 05 76 3 8KN FQ1 6 1 0 06 7 2 52KN 2 拉深力 理論計算拉深力可以推導 但它使用不便 生產中常利用經驗公式計算拉深 力 第次拉深 一次拉深成形時 F1 d 1t bk1 11 式中 b 為材料的抗拉強度 K 1為系數 查表 4 5 4 沖壓工藝與模具設計 代入數據可得 F1 3 14 21 1 390 1 25 7KN 壓邊力 F Q 0 25 25 7 6 4KM 卸料力 F Q KF 0 04 25 7 1 02KN 綜上所述 F 總 76 7 3 8 2 25 25 7 6 4 1 02 123KN F 壓力 1 3 F 總 1 3 123 160 KN 由 實用模具技術手冊 P22 頁 應用壓力機的選擇查表 2 3 可選擇 J23 16 28 型壓力機 其參數可參考表 2 3 8 模具的裝配 8 1 模具的裝配 1 模柄的裝配 因為所示模具的模柄是從以上模座的下而向上壓入的 所 以在安裝凸模固定板和墊板之前 應先把模柄裝好 模柄與上模座的配合要求是 H7 m6 裝配時 先在壓力機上將模柄壓入 再 加工定儉銷孔或螺紋孔 然后把模柄端面突出部分銼平或磨平 安裝好模柄后 用角尺檢查模柄與上模座上平面的垂有度 2 凸模和裝配 凸模與固定板的配合要求為 H7 m6 裝配時 先在壓力機 上將凸模固定板內 檢查凸模的垂直度 然后將固定板的上平面與凸模尾部一 起磨平 為了保持凸模刀口鋒利還應將凸模的端面磨平 3 彈壓卸料板的裝配 彈壓卸料板起壓料和卸料的作用 裝配的保證它與 凸模之間具有適當的間隙 其裝配方法是 將彈壓卸料板 裝入固定板的凸模 內 在固定板與卸料板之間墊上平行墊塊 并用平等夾板將它們夾緊 然后按 29 卸料板上的螺孔在固定板上抽窩 拆開后鉆固定板上的螺釘穿過孔 4 模架的技術要求及裝配 組成模架的各零件均應符合相應的技術條件 其中特別重要的是每對導柱 導 套的配合間隙應符合要求 裝配成套的模架 多項技術指標 上模座上平面對下模座下平面的平行度 導 柱軸心線對下模座下平面的垂直度和導套孔軸心線對上模座下面垂直度 應符 合相應精度等級要求 裝配后的模架 上模座沿導柱上 下移動平穩(wěn)無阻滯現象 壓入上 下模座的導柱導柱離其它裝表面應有 1 2mm 距離 壓入后就牢固 裝 配成套的模架 各零件的工作表不應有碰傷 裂 以及其它機械損傷 模架的裝配主要指導柱導套的裝配 目前大多數導柱 導套與模座之間采用過 盈配合 但也有少數采用粘 工藝的 即將上下模座孔擴大 降低其加工要求 同時將導柱 導套之間冷入粘結劑 即可使用導柱 導套固定 滑動導向模架 常用的裝配工藝和檢驗方法有壓入導套 壓入導套安 裝導套 8 2凸 凹模間隙的調整 沖模中凸 凹模之間的間隙大小及其均勻程度是直接影響沖件質量和模具 使用壽命的主要因素之一 因此 在制造沖模時 必須要保證凸 凹模間隙的 大小及均勻一致性 沖模裝配時調整凸 凹模間隙的方法很多 需根據沖模的 結構特點 間隙值的大小和裝配條件來確定 這里用墊片法來調整 墊片法是利用厚度與凸 凹模單面間隙相等的墊片來調整間隙 是簡便而 常用的一種方法 其方法如下 按圖樣要求組裝上模與下模 其中一般上模只用螺釘稍微擰緊 下模用 螺釘和銷釘緊固 在凹模刃口四周墊入厚薄均勻 厚度等于凸 凹模單面間隙的墊片 金 屬片或紙片 再將上 下模合模 使凸模進入響應的凹?？變?并用等高墊鐵 墊起 觀察凸模能否順利進入凹模 并與墊片能否有良好的接觸 調整合適后 在將上模用螺釘緊固 并配裝銷釘孔 打入定位銷 30 9 沖壓模具零件加工工藝的編制 在機械制造中 采用各種機械加工方法將毛坯加工成零件 再將這些零件 裝配成機器 為了使上述制造過程滿足 優(yōu)質 高產 低成本 的要求 首先 要指定零件的機械加工工藝規(guī)程和機器的裝配工藝規(guī)程 然后按照所制訂的工 藝規(guī)程來進行機械加工和裝配 由于零件的工藝過程可以是多種多樣的 工藝 人員的任務是從現有生產條件出發(fā) 制訂出一個切合實際的最優(yōu)工藝過程 并 將其有關內容用文件的形式規(guī)定下來 規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法 等的工藝文件稱為機械加工工藝規(guī)程 機械加工工藝規(guī)程是指導生產的主要技術文件 按照工藝規(guī)程進行生產 才能保證達到產品質量 生產率和經濟性的要求 合理的工藝規(guī)程在編制后應 要滿足下述要求 1 零件所需的工序數量要盡量少 并且要減少或不再采用其他加工方法加 工 2 零件各工序所采用的設備結構要簡單 壽命要長 3 工序中所占用的設備要少 盡可能采用生產機械化與自動化 4 生產準備周期要短 所需材料要少 成本要低廉 5 零件的生產工藝流程要合理 做到安全生產 31 6 制出的零件應符合技術要求 并且尺寸精度要高 表面質量要好 7 盡量采用技術等級不高的工人生產 以降低成本 制訂機械加工工藝規(guī)程的原則是 在一定的生產條件下 以最低的成本 按計劃規(guī)定的速度 可靠地加工出圖紙要求的零件 在編制工藝規(guī)程時 應注 意以下幾個問題 1 技術上的先進性 在編制工藝規(guī)程時 應盡量菜油新工藝 新技術 先進設備和新材料 以 獲得較高的生產率 但不應加大操作工人的勞動強度 而應依靠設備的先進性 來保證 2 經濟上的合理性 在一定的生產條件下 可能有幾種能保證零件技術要求的加工工藝方案 此時應全面考慮 應根據工序數量 機械加工難易程度 通過核算或分析選擇 經濟效益最佳的加工方案 以使零件減少工序及降低成本 同時 加工精度要 求不高的零件 盡量不使用高精度的加工設備 3 創(chuàng)造必要的良好工作條件 在編制工藝規(guī)程時 必須保證操作人員有良好而安全的工作條件 并保證 所加工的零件的質量合格及減輕工人的勞動強度 本模具選用導套來編制其加工工藝過程 導套在模具中起定位和導向作用 保 證凸 凹模工作時具有正確的相對位置 為了保證良好的導向 導套在裝配后 應保證模架的活動部分移動平穩(wěn) 所以 在加工過程中除了保證導套配合表面 的尺寸和形狀精度外 還應保證導套各配合面之間的同軸度要求 為了提高導 套的耐磨性并保持較好的韌性 導套一般選用低碳鋼 20 鋼 進行滲碳 淬火 處理 4 模具的工作過程 本模具是一套倒裝的落料拉深的復合模 前后送料 擋料銷 19 限位 導向 銷 20 導正 上模下行凸凹模 11 與拉深凹模 18 接觸進行拉深 工件成型后 上 模上行 打桿 1 推動打板 12 把工件從凸凹模 11 中打出 落料廢料有彈簧 8 推 動卸料板 10 推出 32 10結論 經過整個設計過程我發(fā)現在設計連續(xù)模時 排樣圖的確定既是最基礎的 一步也是最關鍵的一個環(huán)節(jié) 排樣圖設計的質量將直接影響后面的凹模的尺寸 和整個模具的結構等 另外沖同一個工件可以有很多不同的方案不同的模具可 以選用 我們應該盡量選擇一種最經濟最安全合理的方法來做 導料方式 卸 料方式的確定應根據板厚和沖裁力的大小來綜合考慮不能片面分析 還有定位 裝置的確定應根據實際來 那本設計舉例在初定位的時候可以采用側刃定位也 可以采用擋料銷定位 但是考慮到本連續(xù)模的步距較大造成側刃過長所以最終 采用了活動擋料銷 所以 設計必須從實際出發(fā)綜合考慮選擇最佳方案 33 參考資料 冷沖壓工藝及模具設計 劉心治主編重慶大學出版社 沖壓工藝及模具設計 萬戰(zhàn)勝主編 鐵道出版社 沖模設計 吉林人民出版社 實用沖壓技術 機工出版社 冷沖壓及塑料成型工藝與模具設計資料 機工出版社 模具設計與制造簡明手冊 馮炳堯等編 上海出版社 7 沖壓工藝模具設計實用技術 鄭家賢編 機械工業(yè)出版社 8 實用板金沖壓工藝圖集 梁炳文主編 機械工業(yè)出版社 9 幾何量公差與檢測 甘永立主編 上?？茖W技術出版社 10 機械制造專業(yè)英語 章躍主編 機械工業(yè)出版社 34 致謝 所有在這次設計中幫助過我的老師同學們 我在這里對你們表示真誠的謝意 特別是我的指導老師黃繼承老師 郭雪娥老師 曾利平老師 自去年 12 月 份發(fā)放課題以來 他為我解決了許多模具設計方面的疑難點 我一遇到不懂的 問題和拿不準的設計方案 就去請教他 他總是態(tài)度和藹地給我分析解決 使 我少走了許多彎路 在這次設計中 我不僅對以前所學的知識進行了一次系統(tǒng) 性的復習 鞏固了書本知識同時也學會了以前很多被忽略過的細節(jié)方面的知識 加深了對課本知識的理解 更重要的是讓我更加明了了很多書本上沒有的知識 其一 對待知識 技術來不得半點馬虎必須嚴肅 認真 其二 不僅僅是設計 生活中任何事情封閉就會落后 我們如果想在最短的時間做主最好的成績 少 不了別人的幫助 少不了合作 感謝湖南工學院的老師同學和幫助過我的學校 其它工作人員為我這個即將踏入社會的學子上了這么生動的一堂課 再次真心 的謝謝你們 35