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儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 1 1 緒論 冷 沖 模 設(shè) 計 與 制 造 實 訓(xùn) 是 模 具 設(shè) 計 與 制 造 專 業(yè) 教 學(xué) 中 重 要 的 實 踐 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 之 一 他 是 在 學(xué) 生 學(xué) 習(xí) 了 基 本 的 冷 沖 模 設(shè) 計 與 制 造 理 論 知 識 以 后 為 了 強(qiáng) 化 學(xué) 生 所 學(xué) 的 知 識 和 提 高 學(xué) 生 的 初 步 設(shè) 計 能 力 及 實 際 動 手 能 力 而 開 設(shè) 的 實 踐 教 學(xué) 環(huán) 節(jié) 冷 沖 模 設(shè) 計 意 在 讓 學(xué) 生 綜 合 運 用 和 鞏 固 本 課 程 及 有 關(guān) 課 程 的 基 礎(chǔ) 理 論 和 專 業(yè) 知 識 進(jìn) 行 一 次 冷 沖 壓 模 具 設(shè) 計 工 作 的 實 際 訓(xùn) 練 培 養(yǎng) 學(xué) 生 從 事 冷 沖 模 設(shè) 計 與 制 造 的 初 步 能 力 鞏 固 與 擴(kuò) 充 冷 沖 模 設(shè) 計 等 課 程 所 學(xué) 的 內(nèi) 容 經(jīng) 過 實 踐 環(huán) 節(jié) 使 學(xué) 生 能 全 面 理 解 和 掌 握 冷 沖 壓 工 藝 模 具 設(shè) 計 等 內(nèi) 容 掌 握 沖 壓 工 藝 與 模 具 設(shè) 計 的 基 本 方 法 和 步 驟 及 工 藝 規(guī) 程 編 制 獨 立 解 決 在 制 定 沖 壓 工 藝 規(guī) 程 設(shè) 計 沖 模 結(jié) 構(gòu) 中 出 現(xiàn) 的 問 題 掌 握 冷 沖 模 設(shè) 計 的 基 本 技 能 學(xué) 會 查 閱 技 術(shù) 文 獻(xiàn) 資 料 和 手 冊 熟 悉 標(biāo) 準(zhǔn) 和 規(guī) 范 等 完 成 從 事 沖 壓 技 術(shù) 工 作 的 人 員 在 冷 沖 模 設(shè) 計 方 面 所 必 須 具 備 的 基 本 能 力 訓(xùn) 練 同 時 在 冷 沖 模 設(shè) 計 實 訓(xùn) 中 培 養(yǎng) 學(xué) 生 認(rèn) 真 負(fù) 責(zé) 踏 實 細(xì) 致 的 工 作 作 風(fēng) 和 嚴(yán) 謹(jǐn) 的 科 學(xué) 態(tài) 度 強(qiáng) 化 質(zhì) 量 意 識 和 時 間 觀 念 養(yǎng) 成 良 好 的 職 業(yè) 習(xí) 慣 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 目前 我國沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?主要原因是我國在 沖壓基礎(chǔ)理論及成形工藝 模具標(biāo)準(zhǔn)化 模具設(shè)計 模具制造工藝及設(shè)備等方 面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家尚有相當(dāng)大的差距 導(dǎo)致我國模具在壽命 效率 加工精 度 生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具相比差距相當(dāng)大 1 1 1 國內(nèi)模具的現(xiàn)狀 我國模具近年來發(fā)展很快 據(jù)不完全統(tǒng)計 2003 年我國模具生產(chǎn)廠點約有 2 萬多家 從業(yè)人員約 50 多萬人 2004 年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢頭 模具 企業(yè)總體上訂單充足 任務(wù)飽滿 2004 年模具產(chǎn)值 530 億元 進(jìn)口模具 18 13 億 美元 出口模具 4 91 億美元 分別比 2003 年增長 18 32 4 和 45 9 進(jìn) 出口之比 2004 年為 3 69 1 進(jìn)出口相抵后的進(jìn)凈口達(dá) 13 2 億美元 為凈進(jìn)口 量較大的國家 在 2 萬多家生產(chǎn)廠點中 有一半以上是自產(chǎn)自用的 在模具企業(yè)中 產(chǎn)值 過億元的模具企業(yè)只有 20 多家 中型企業(yè)幾十家 其余都是小型企業(yè) 近年 來 模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快 主要表現(xiàn)為 大型 精密 復(fù)雜 長壽命中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品 專業(yè)模具廠數(shù)量 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 2 增加 能力提高較快 改革開放以來 隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展 市場對模具的需求量不斷 增長 近年來 模具工業(yè)一直以 15 左右的增長速度快速發(fā)展 模具工業(yè)企業(yè) 的所有制成分也發(fā)生了巨大變化 除了國有專業(yè)模具廠外 集體 合資 獨資 和私營也得到了快速發(fā)展 浙江寧波和黃巖地區(qū)的 模具之鄉(xiāng) 廣東一些大集 團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè) 科龍 美的 康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模 具制造中心 中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家 隨著與國際接軌的腳步不斷加快 市場競爭的日益加劇 人們已經(jīng)越來越 認(rèn)識到產(chǎn)品質(zhì)量 成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性 而模具制造是整個鏈條 中最基礎(chǔ)的要素之一 模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展工業(yè)現(xiàn)狀 的重要度量工具 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度 將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè) 發(fā)展的重要動力 一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維 CAD 并陸續(xù)開始使用 UG Pro Engineer I DEAS Euclid IS 等國際通用軟件 個別廠家還引進(jìn)了 Moldflow C Flow DYNAFORM Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件 并 成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進(jìn)步 東 風(fēng)汽車公司模具廠 一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具 此外 許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā) 經(jīng)過多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)步 在提高模具質(zhì)量和縮短模具 設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻(xiàn) 例如 吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分 析 KMAS 軟件 華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模 汽車覆 蓋件模具和級進(jìn)模 CAD CAE CAM 軟件 上海交通大學(xué)模具 CAD 國家工程研 究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模 CAD 軟件等在國內(nèi) 模具行業(yè)擁有不少的用戶 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 3 雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展 但許多方面與 工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距 例如 精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的 比重比較低 CAD CAE CAM 技術(shù)的普及率不高 許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不 夠廣泛等等 致使相當(dāng)一部分大型 精密 復(fù)雜和長壽命模具依賴進(jìn)口 雖然說我國模具業(yè)發(fā)展迅速 但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 我國 尚存在以下幾方面的不足 第一 體制不順 基礎(chǔ)薄弱 三資 企業(yè)雖然已經(jīng)對中國模具工業(yè)的發(fā) 展起了積極的推動作用 私營企業(yè)近年來發(fā)展較快 國企改革也在進(jìn)行之中 但總體來看 體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì) 再加上國內(nèi)模具工業(yè)基礎(chǔ)薄弱 因此 行業(yè)發(fā)展還不盡如人意 特別是總體水平和高新技術(shù)方面 第二 開發(fā)能力較差 經(jīng)濟(jì)效益欠佳 我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低 水平 較低 且不重視產(chǎn)品開發(fā) 在市場中經(jīng)常處于被動地位 我國每個模具職工平 均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合 1 萬美元 國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是 15 20 萬美元 有 的高達(dá) 25 30 萬美元 與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊 式管理 真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少 第三 工藝裝備水平低 且配套性不好 利用率低 雖然國內(nèi)許多企業(yè)采 用了先進(jìn)的加工設(shè)備 但總的來看裝備水平仍比國外企業(yè)落后許多 特別是設(shè) 備數(shù)控化率和 CAD CAM 應(yīng)用覆蓋率要比國外企業(yè)低得多 由于體制和資金等原 因 引進(jìn)設(shè)備不配套 設(shè)備與附配件不配套現(xiàn)象十分普遍 設(shè)備利用率低的問 題長期得不到較好解決 裝備水平低 帶來中國模具企業(yè)鉗工比例過高等問題 第四 專業(yè)化 標(biāo)準(zhǔn)化 商品化的程度低 協(xié)作差 由于長期以來受 大而全 小而全 影響 許多模具企業(yè)觀念落后 模具企業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)水 平低 專業(yè)化分工不細(xì) 商品化程度也低 目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具 商品模 具只占 45 左右 其馀為自產(chǎn)自用 模具企業(yè)之間協(xié)作不好 難以完成較大規(guī) 模的模具成套任務(wù) 與國際水平相比要落后許多 模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低 標(biāo)準(zhǔn)件 使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量 成本有較大影響 對模具制造周期影響尤甚 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 4 第五 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后 模具材料性能 質(zhì)量和品種往往會 影響模具質(zhì)量 壽命及成本 國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼相比 無論是質(zhì)量還是 品種規(guī)格 都有較大差距 塑料 板材 設(shè)備等性能差 也直接影響模具水平 的提高 其次 標(biāo)準(zhǔn)化水平有待提升 中國模具標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚 標(biāo)準(zhǔn)件 的生產(chǎn) 銷售 推廣和應(yīng)用工作相對落后 目前模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率約 40 45 而國際上一般高于 79 中小模具則更在 80 以上 第六 模具人才需求遠(yuǎn)大于供給的窘境急需改觀 模具人才的培育本身 是個長期過程 且要求多年經(jīng)驗的積累 而受限于軟硬件設(shè)施條件 一些高校 培養(yǎng)出的專業(yè)學(xué)員實際技能不夠 同時 規(guī)范化職業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的缺失導(dǎo)致了社 會上各類培訓(xùn)班的學(xué)員亦良莠不齊 第七 需再接再厲 加快模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的步伐 總的發(fā)展方向仍將 是 實現(xiàn)大型 精密 復(fù)雜 長壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)總體 速度 繼續(xù)擴(kuò)增塑料模和壓注模所占比例 擴(kuò)充專業(yè)模具廠家的數(shù)量及能力 第八 加大投入以強(qiáng)化創(chuàng)新能力 骨干企業(yè)有必要配齊從模具粗加工 熱處理到各種精加工 光整加工 質(zhì)量控制與監(jiān)測等的整套設(shè)備 一般企業(yè)也 應(yīng)擁有數(shù)控加工設(shè)備 實現(xiàn)模具制造的全自動加工 并通過推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作強(qiáng) 化創(chuàng)新力 第九 促進(jìn)模具企業(yè)間聯(lián)合重組應(yīng)成為大勢所趨 這主要是考慮到當(dāng)前 模具企業(yè)中相當(dāng)一部分為民營企業(yè) 客觀上存在先進(jìn)制模技術(shù)和設(shè)備難于導(dǎo)入 的問題 這無疑加劇了在中低檔市場的競爭 第十 海外市場開拓有待深化 以澳大利亞為例 該國對沖壓模具的需 求看漲 中國可利用自身在這方面的技術(shù)裝備優(yōu)勢 進(jìn)一步開拓國際市場 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 5 1 1 2 國內(nèi)模具的發(fā)展趨勢 巨大的市場需求將推動中國模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展 雖然我國的模具工業(yè)和 技術(shù)在過去的十多年得到了快速發(fā)展 但與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大 差距 尚不能完全滿足國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求 未來的十年 中國模具工業(yè) 和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面 模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品 交貨期短 精度高 質(zhì)量好 價格 低 的要求服務(wù) 達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項 1 全面推廣 CAD CAM CAE 技術(shù) 模具 CAD CAM CAE 技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向 隨著微機(jī)軟件的發(fā) 展和進(jìn)步 普及 CAD CAM CAE 技術(shù)的條件已基本成熟 各企業(yè)將加大 CAD CAM 技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度 進(jìn)一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍 計 算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使 CAD CAM CAE 技術(shù)跨地區(qū) 跨企業(yè) 跨院所地在整個 行業(yè)中推廣成為可能 實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合 使虛擬制造成為可能 2 高速銑削加工 國外近年來發(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 另外 還可加工高硬度模塊 還具有溫升低 熱變形小等優(yōu)點 高速銑削加工技術(shù)的發(fā)展 對汽車 家電行業(yè)中大型型腔模具制造注入了新的 活力 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?所需的諸多功能 大大縮短了模具的在研制制造周期 有些快速掃描系統(tǒng) 可 快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上 實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集 自動生成各種 不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序 不同格式的 CAD 數(shù)據(jù) 用于模具制造業(yè)的 逆向工 程 模具掃描系統(tǒng)已在汽車 摩托車 家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用 相信在 十 五 期間將發(fā)揮更大的作用 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 6 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)的簡單的管狀電極作三維或二維 輪廓加工 像數(shù)控銑一樣 因此不再需要制造復(fù)雜的成型電極 這顯然是電火 花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展 國外已有使用這種技術(shù)的機(jī)床在模具加工中應(yīng)用 預(yù)計這一技術(shù)將得到發(fā)展 5 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度 我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高 估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率 已達(dá)到 30 左右 國外發(fā)達(dá)國家一般為 80 左右 6 優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù) 選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必 要 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 熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理 模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的 氣相沉積 TiN TiC 等 等離子噴涂等技術(shù) 7 模具研磨拋光將自動化 智能化 模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命 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 8 模具自動加工系統(tǒng)的發(fā)展 這是我國長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo) 模具自動加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合 配 有隨行定位夾具或定位盤 有完整的機(jī)具 刀具數(shù)控庫 有完整的數(shù)控柔性同 步系統(tǒng) 有質(zhì)量監(jiān)測控制系統(tǒng) 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 7 1 2 國外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 模具是工業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵的工藝裝備 在電子 建材 汽車 電機(jī) 電器 儀 器儀表 家電和通訊器材等產(chǎn)品中 60 80 的零部件都要依靠模具成型 用模具生產(chǎn)制作表現(xiàn)出的高效率 低成本 高精度 高一致性和清潔環(huán)保的特 性 是其他加工制造方法所無法替代的 模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低 已成為衡 量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 并在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力 近幾年 全球模具市場呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面 世界 模具市場年交易總額為 600 650 億美元左右 美國 日本 法國 瑞士等國家 年出口模具量約占本國模具年總產(chǎn)值的三分之一 隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展 國外的一些掌握和能運用新技術(shù)的人才如 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 模具工藝設(shè)計 高級鉗工及企業(yè)管理人才 他們的技術(shù)水平比 較高 故人均產(chǎn)值也較高 我國每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合 1 萬美元 左右 而國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多 15 20 萬美元 有的達(dá)到 25 30 萬美元 國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá) 70 以上 而我國才達(dá)到 45 1 3 儀表指針模具設(shè)計的設(shè)計思路 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一 它是利用模具使板料沿著一定的輪廓 形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序 它包括落料 沖孔 切邊 修邊 切舌 剖切 等工序 其中落料和沖孔是最常見的兩種工序 沖裁在沖壓加工中應(yīng)用極廣 它既可直接沖出成品零件 還可以對已成形的工件進(jìn)行再加工 普通沖裁加工 出來的制件的精度不高 一般情況下 沖裁件的尺寸精度應(yīng)在 IT12 級以下 不 宜高于 IT10 級 彎曲是利用金屬的塑性變形 將板料 棒料 型材或管材等按設(shè)計要求彎成 一定曲率和一定角度的零件的一種沖壓工序 它屬于成形工序 是沖壓加工的基 本工序之一 只有加強(qiáng)沖裁變形基礎(chǔ)理論的研究 才能提供更加準(zhǔn)確 實用 方便的計 算方法 才能正確地確定沖裁工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸 解 決沖裁變形中出現(xiàn)的各種實際問題 從而 進(jìn)一步提高制件質(zhì)量 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 8 導(dǎo)向板是典型的沖壓件 該模具工作過程是簡單的沖孔落料 根據(jù)零件圖 的結(jié)構(gòu)和尺寸精度以及材料的性能確定完成該沖件所需要的模具類型 因此 綜 合考慮各種因素后采用連續(xù)級進(jìn)模 根據(jù)計算的結(jié)果和選用的標(biāo)準(zhǔn)模架 判斷 此次沖裁能不能采用標(biāo)準(zhǔn)的模架 為了保證制件的順利加工和順利取件 模具 必須有足夠高度 要改變模具的高度 只有從改變導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度 改變導(dǎo)柱 和導(dǎo)套的高度的同時 還要注意保證導(dǎo)柱和導(dǎo)套的強(qiáng)度 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的高度可根 據(jù)沖裁凸凹模與落料凹模工作配合長度決定 設(shè)計時可能高度出現(xiàn)誤差 應(yīng)當(dāng) 邊試沖邊修改高度 1 4 儀表指針模具設(shè)計的進(jìn)度 1 了解目前國內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀 所用時間 10 天 2 確定加工工藝方案 所用時間 5 天 3 模具的設(shè)計 所用時間 30 天 4 模具的調(diào)試 所用時間 5 天 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 9 2 任務(wù)與分析 2 1 設(shè)計任務(wù)書 圖 1 1 制作如圖 1 1 所示 為一儀表指針零件 材料為 LY12 厚為 t 0 3mm 產(chǎn) 量為 12 萬件 年 2 2 沖裁件工藝分析 從沖裁件的機(jī)構(gòu)工藝性和沖裁件的精度和斷面粗糙度兩個方面進(jìn)行分析 2 2 1 沖裁件的結(jié)構(gòu)工藝性 表 1 1 沖裁件結(jié)構(gòu)工藝性分析表 工藝性質(zhì) 沖裁件工藝項 工藝性允許值 工藝性評價 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 10 目 1 零件結(jié)構(gòu) 該零件結(jié)構(gòu)簡單 尺寸較小 厚度 適中 大批量 適合沖裁 2 落料圓角半徑 未注圓角 0 18t 符合工藝性 3 沖裁件上的懸臂 5 0 75 0 8 t 符合工藝性 4 沖裁件方孔的最小 尺寸 2 0 5t 符合工藝性 5 最小孔邊距 孔間 距 1 t 符合工藝性 6 材料 YL12 料厚 t 0 3mm 具有良好的沖壓 性能 2 2 2 尺寸精度與斷面粗糙度 零件圖未標(biāo)注尺寸公差 均為自由公差 按 IT13 級計算公差 利用普通 沖裁方式可以達(dá)到零件圖樣要求 表面粗糙度 制件零件圖上未標(biāo)注表面粗糙度 可認(rèn)為對其表面沒有特殊 要求 一般為 Ra12 55 m 適合用于沖裁 2 3 沖壓工藝方案的確定 該零件包括沖孔和落料兩個基本工序 有一下三種方案可以采用 方案 1 先沖孔 后落料 采用單工序模生產(chǎn) 方案 2 沖孔 落料復(fù)合沖裁 采用復(fù)合模生產(chǎn) 方案 3 沖孔 落料連續(xù)生產(chǎn) 采用級進(jìn)模生產(chǎn) 方案 1 模具結(jié)構(gòu)簡單 但需要兩套模具生產(chǎn) 在大批量生產(chǎn)時難以滿足 需要 且零件精度不高 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 11 方案 2 零件精度高 平直度較好 生產(chǎn)效率也高 但因孔邊距太小 模 具的強(qiáng)度不能保證 方案 3 采用導(dǎo)料銷定距可以滿足零件精度要求 避免模具強(qiáng)度不夠的問 題 模具操作安全 生產(chǎn)效率高 所以本任務(wù)設(shè)計采用級進(jìn)模沖裁方式 2 4 沖壓工藝計算 2 4 1 排樣設(shè)計與計算 該零件材料厚度較薄 尺寸小 根據(jù)工件特點采用如圖 1 2 所示的排樣方 法 圖 1 2 排樣圖 查表 6 1 9 工件間搭邊值 1 68 邊緣搭邊值 a 2 1 條料寬度偏差查表 6 1 11 取 0 5 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙 查 6 1 13 取 Z 0 5mm 查 6 1 12 取 1 5mm y 0 1mm 另因采用的 IC 型側(cè)刃 故料寬每邊需增加燕 尾形切入深度 a 0 5mm 因此條料寬度為 B D 2a 2a nb 0 max 1 0 57 2 2 1 2 0 5 2 1 5 mm10 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 12 65 2 mm 01 沖裁后廢料寬度為 B D 2a 2 a 1max 57 2 2 1 2 0 5 mm 62 2mm 進(jìn)距為 s 20mm 1 68mm 21 68mm 導(dǎo)料板間距為 B B Z 65 2mm 0 5mm 65 7mm B B y 62 2mm 0 1mm 62 3mm1 由零件圖近似算得一個零件的面積為 A 704mm 一個進(jìn)距內(nèi)的坯料面積2 B s 65 2mm 21 68mm 1452 5mm 因此材料利用率為 2 A Bs 100 704 1452 5 100 48 2 4 2 凹 凸模刃口尺寸計算 1 落料凹模刃口尺寸 由于材料博 模具間隙小 故凹 凸模采用配合加工為宜 選擇凹模為制 造基準(zhǔn)件 根據(jù)凹模制造出的實際尺寸按所需的間隙配合凸模 在凸模的零件圖上按凹模各對應(yīng)尺寸標(biāo)注基本尺寸 并注明按凹模實際刃 口尺寸配合加工 保證雙面間隙值 0 012 0 018mm 查表 6 1 1 表 1 2 落料凹模刃口尺寸 沖裁件尺寸精度查表均為 IT13 級 查表 6 1 1 取沖裁模初始雙面間隙 Z 0 018 Z 0 012maxmin 尺寸性 質(zhì) 工件尺寸 磨損系數(shù) 計算公式 計算結(jié)果 凹模尺寸注 為 5 18 0 0 75 5 45 045 5 45 045 1 凹模 磨損后 變大的 10 2 00 75 A A max10 05 05 10 05 05 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 13 6 18 0 0 75 6 045 045 6 045 045 8 2 0 75 8 05 8 05 尺寸 22 0 33 0 75 X 0 25 21 83 165 0 21 83 165 0 2 凹模 磨損后 無變化 的尺寸 1 0 14 1 C C 0 5jmin 0 125 1 0 135 1 0 135 2 4 3 沖孔凹模刃口尺寸計算 沖孔凹模的形狀簡單 但尺寸較小 為保證凹 凸模的合理間隙采用分開 加工方法 可用公式 d d X Z 計算其凹模刃口尺寸 凸模刃Amin in04 口尺寸與凹模配作 10 10 0 75 0 1 0 03 mm 10 105A0 4 1 025 3 側(cè)刃孔尺寸可按公式 A A 0 5Z 計算 去 0 02 則min0 d A A 0 5Z 21 68 0 5 0 03 21 695 mmdmin0 d 02 02 2 5 計算沖壓力 壓力中心 初選壓力機(jī) 沖裁力 根據(jù)零件圖可算得一個零件內(nèi)外周邊之和 170mm 側(cè)刃沖切長度 13 8mm 根據(jù)排樣圖沖模兩件和雙側(cè)刃布置 故總沖裁長度 L 170 13 8 2mm 367 6mm 又 255MPa t 0 3mm 取 K 1 3 則 F KLt 1 3 367 6 0 3 255N 36557 82N 卸料力 查表 6 1614 取 0 06 則 F K F 0 06 36557 82 N 2193 5 NX 推件力 根據(jù)材料厚度取凹模刃口十壁高度 h 5 mm 故 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 14 n h t 5 0 3 16 查表 6 1 14 取 0 07 則 F nK F 16 0 07 36557 82 N 40944 8NTX 總沖壓力 F F F F 36557 82 2193 5 40944 8N 79696 80kN X 應(yīng)選取的壓力機(jī)標(biāo)稱壓力 P 1 1 1 3 1 1 1 3 80kN0 88 104kN 因此可選壓力機(jī)型號為 JG23 40 因沖裁件尺寸較小 沖裁力不大 且選用了對角導(dǎo)柱模架 受力平衡 估 計壓力中心不會超出模柄端面積之外 故不必詳細(xì)計算壓力中心的位置 2 6 模具結(jié)構(gòu)的確定 畫出模具結(jié)構(gòu)簡圖 2 6 1 模具類型 由沖壓工藝分析可知 模具類型為沖孔 落料級進(jìn)模 2 6 2 操作與定位方式 采用手工送料方式能夠達(dá)到要求 且能降低模具成本 考慮零件尺寸 料 厚較薄 為了方便于操作 保證質(zhì)量 采用導(dǎo)料板導(dǎo)向 側(cè)刃定距的定位方式 為了件小料頭和料尾消耗和提高定距的可靠性 采用雙側(cè)刃前后對角分布 2 6 3 卸料與出件方式 考慮零件厚度較薄 采用彈性卸料方式 為了便于操作 提高生產(chǎn)率 制 件的出件方式采用由凸模直接從凹模孔推下的下出件方式 2 6 4 模架類型及精度 由于連接厚度薄 沖裁間隙小 因此采用導(dǎo)向平穩(wěn)的對角導(dǎo)柱模架 考慮 零件精度要求不是很高 但沖裁間隙小 因此采用 I 級模架精度 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 15 2 7 模具零部件設(shè)計 2 7 1 凹模設(shè)計 凹模采用矩形板狀結(jié)構(gòu)和直接通過螺釘 銷釘與夏末做固定的固定方式 凹模輪廓尺寸計算如下 凹模厚度 H Kb 0 22 57 12 54mm 取 H 13m 其中凹模厚度系數(shù) K 查表 6 1 23 為 0 22 凹模壁厚 c 1 5 2 H 19 5 26 mm 凹模長度 L b 2c 57 26 2 109mm 凹模長度 L 110mm 凹模寬度 B 25 52 77mm 根據(jù)算的的凹模模輪廓尺寸 查表 7 10 1 選取與計算值相接近的標(biāo)準(zhǔn)凹 模板輪廓尺寸為 L B H 125 100 30 凹模的材料選用 CrWMn 工作部分熱處理淬硬 60 64HRC 凹模 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 16 2 7 2 沖孔凸模設(shè)計 沖孔 10 的凸模為圓形凸模 為方便裝配修模 采用臺階式凸模 與凸模固定板的配合按 H7 m6 材料選用 Cr12 熱處理硬度為 58 62 HRC 其總長 L h h t h 12 20 16 0 3 27 9 64 3mm h 凸模固定板厚度 取 h 20mm 1 1 h 卸料板厚度 取 h 16mm 2 2 t 材料厚度 為 0 3mm h 增加長度 包括凸模的修模量 凸模進(jìn)入凹模的深度 凸模 固定板與卸料板之間的安全距離等 取 h 27 9mm 凸模結(jié)構(gòu)如圖 4 所示 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 17 2 7 3 落料凸模 結(jié)合工件外形并考慮加工 將落料凸模設(shè)計成直通式 材料選用 Cr12 熱 處理硬度為 58 62HRC 用 2 個 M8 螺釘固定在墊板上 與凸模固定板的配合 按 H6 m5 落料凸模下部有一用于安裝導(dǎo)正銷的孔 2 8 定位零件的選擇 落料凸模下部設(shè)置一個導(dǎo)正銷 借用工件上 10mm 孔作導(dǎo)正孔 10mm 導(dǎo)正孔的導(dǎo)正銷的結(jié)構(gòu)如圖 7 所示 導(dǎo)正應(yīng)該在卸料板壓緊板料之前完成導(dǎo)正 考慮料厚和裝配后卸料板下平面超出凸模端面 1mm 所以導(dǎo)正銷直線部分的長 度取 3mm 導(dǎo)正銷用 H7 h6 安裝在落料凸模端面 并用 M10 螺釘固定 導(dǎo)正 銷導(dǎo)正部分與導(dǎo)正孔采用 H7 h6 配合 起粗定距的活動擋料銷 彈簧和螺栓選用標(biāo)準(zhǔn)件 規(guī)格為 8 16 擋料銷 擋料銷與導(dǎo)正銷的中心距為 S S 0 1 28 8mm12TD S 步距 D 落料凸模直徑T D 擋料銷頭部直徑 導(dǎo)正銷材料選用 Cr12 淬硬 HRC52 56 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 18 導(dǎo)正銷 第一次沖壓時模具需要用始用擋料銷進(jìn)行定位 根據(jù)模具結(jié)構(gòu)始用擋料銷 與 26 孔的垂直距離為 11 8mm 采用標(biāo)準(zhǔn)件 材料為 45 鋼 2 9 導(dǎo)料板的設(shè)計 導(dǎo)料板的內(nèi)側(cè)與條料接觸 外側(cè)和凹模齊平 導(dǎo)料板與條料之間的間隙取 1mm 這樣就可以確定導(dǎo)料板的寬度 導(dǎo)料板的厚度取 8mm 導(dǎo)料板采用 45 鋼制作 熱處理硬度為 40 45HRC 用螺釘和銷釘固定在凹模上 導(dǎo)料板的進(jìn) 料端安裝有承料板 可知導(dǎo)料板的寬度為 2 23mm 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 19 圖 8 3 卸料部件的設(shè)計 3 1 卸料板的設(shè)計 卸料板的周界尺寸與凹模的周界尺寸相同 厚度為 16mm 卸料板采用 45 鋼制造 淬火硬度為 40 45HRC 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 20 卸料板凸臺部分的高度為 h H 0 1 0 3 t 7 5mm 式中 h 卸料板凸臺高度 H 導(dǎo)料板高度 t 板料厚度 凸臺部分和導(dǎo)料板之間的距離為 1mm 則凸臺部分的寬度為 171 5mm 查表 2 9 11 得彈壓卸料板與凸模的單邊間隙值取 0 15mm 當(dāng)卸料板起導(dǎo)向 作用時 卸料板按 H7 h6 配合制造 在模具開啟狀態(tài) 卸料板應(yīng)高出模具工作 零件刃口 0 3mm 0 5mm 以便順利卸料 卸料板上各尺寸的公差根據(jù)凸模的尺 寸按照 H7 h6 則得各尺寸公差分別為 26 3 45 3 44 3 R10 15 120 3 卸料板的具體結(jié)027 3 025 16 025 16 015 9 04 25 構(gòu)見附圖 3 2 卸料螺釘?shù)倪x用 卸料板上設(shè)置 4 個卸料螺釘 公稱直徑為 12mm 螺紋部分為 M10 10mm 卸料螺釘尾部應(yīng)留有足夠的行程空間 卸料螺釘擰緊后 應(yīng)使卸 料板超出凸模端面 1mm 有誤差時通過在螺釘和卸料板之間安裝墊片來調(diào)整 3 3 模架及其他零部件設(shè)計 該模具采用中間導(dǎo)柱模架 這種模架的導(dǎo)柱在模具中間位置 沖壓時可以 防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜 以凹模周界尺寸為依據(jù) 選擇模架規(guī)格 導(dǎo)柱采用 B 型導(dǎo)柱 導(dǎo)柱 d mm L mm 分別為 32 190 35 190 導(dǎo) 套采用 A 型導(dǎo)套 導(dǎo)套 d L mm D mm 分別為 32 115 45 35 115 50 材料選用 T8 鋼 淬火硬度 HRC58 62 上模座厚度 H 上模 取 50mm 上模墊板厚度 H 墊 取 10mm 固定板厚度 H 固 取 20mm 下模座 H 下模 取 60mm 所以 該模具的閉合高度 H 閉 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 21 H 閉 H 上模 H 墊 L H H 下模 h2 50 10 66 30 60 2 mm 214mm 式中 L 凸模長度 L 66mm H 凹模厚度 H 30mm h 2 凸模沖裁后進(jìn)入凹模的深度 h 2 2mm 可見該模具閉合高度小于所選壓力機(jī) J23 35 的最大裝模高度 230mm 可以使用 上模坐周界尺寸為 220 200 50mm 下模座周界尺寸為 220 200 60mm 材料選用 HT200 4 其他標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 22 4 1 卸料螺釘 選 4 個圓柱頭內(nèi)角卸料螺釘 M12 90 GB2867 5 81 螺 釘 4 2 連接上模座與凸模固定板的螺釘 銷釘 選圓柱頭內(nèi)六角螺釘 M12 70 GB70 76 4 個 圓柱銷釘 8 70 GB119 76 4 個 4 3 模柄的緊固螺釘 選螺釘 M6 20 GB71 85 2 個 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 23 4 4 連接凹模與下模座的螺釘 銷釘 螺釘 M12 60 GB70 76 4 個 銷釘 8 70 GB119 76 4 個 銷 釘 模 具 總 裝 圖 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 24 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 25 5 總結(jié) 大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束 畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個實踐環(huán)節(jié) 是對以前 所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 采 用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用 在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程 生產(chǎn)實習(xí) 我熟練地掌握了機(jī)械制圖 機(jī)械設(shè)計 機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專 業(yè)課方面的知識 對機(jī)械制造 加工的工藝有了一個系統(tǒng) 全面的理解 達(dá)到 了學(xué)習(xí)的目的 對于模具設(shè)計這個實踐性非常強(qiáng)的設(shè)計課題 我們進(jìn)行了大量 的實習(xí) 經(jīng)過在新飛電器有限公司 在洛陽中國一拖的生產(chǎn)實習(xí) 我對于冷沖 模具 塑料模具的設(shè)計步驟有了一個全新的認(rèn)識 豐富和加深了對各種模具的 結(jié)構(gòu)和動作過程方面的知識 而對于模具的制造工藝更是有了全新的理解 在 指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)下和在工廠師傅的講解下 我們對于模具的設(shè)計和制造工 藝有了系統(tǒng)而深刻的認(rèn)識 同時在實習(xí)現(xiàn)場親手拆裝了一些典型的模具實體并 查閱了很多相關(guān)資料 通過這些實踐 我們熟練掌握了模具的一般工作原理 制造 加工工藝 通過在圖書館借閱相關(guān)手冊和書籍 更系統(tǒng)而全面了細(xì)節(jié)問 題 鍛煉了縝密的思維和使我們初步具備了設(shè)計工作者應(yīng)有的素質(zhì) 設(shè)計中 將充分利用和查閱各種資料 并與同學(xué)進(jìn)行充分討論 盡最大努 力搞好本次畢業(yè)設(shè)計 在設(shè)計的過程中 將有一定的困難 但有指導(dǎo)老師的 悉心指導(dǎo)和自己的努力 相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 由于學(xué)生水平有限 而且缺乏經(jīng)驗 設(shè)計中不妥之處在所難免 肯請各位老師指正 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 26 6 參考文獻(xiàn) 1 劉建超 沖壓模具設(shè)計與制造 高教社出版社 2 王孝培 沖壓模具手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 3 李碩本 沖壓工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 4 丁松聚 冷沖模設(shè)計 機(jī)械工業(yè)出版社 5 劉建超 沖壓模具設(shè)計與制造 高等教育出版社 6 李雙義 冷沖壓模具設(shè)計 清華大學(xué)出版社出版 7 楊占堯 沖壓模具圖冊 高等教育出版社 8 趙躍文 錐形沖孔模的設(shè)計 電加工與模具 2002 年第 3 期 9 郝海濱 沖壓模具簡明設(shè)計手冊 化學(xué)工業(yè)出版社出版 10 曾正名 實用鋼鐵材料便查手冊 中國電力出版社 11 翟德梅 模具制造技術(shù) 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 27 7 致 謝 首先感謝本人的導(dǎo)師楊占堯老師 他對我的仔細(xì)審閱了本文的 全部內(nèi)容并對我的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議 楊占堯老 師淵博的知識 誠懇的為人 使我受益匪淺 在畢業(yè)設(shè)計的過程中 特別是遇到困難時 他給了我鼓勵和幫助 在這里我向他表示真誠 的感謝 感謝母校 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩 感謝材 料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實踐環(huán)境 使我學(xué)到了許多新的知 識 掌握了一定的操作技能 感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗趙建良同學(xué) 和他在一起 討論 研究使我受益非淺 最后 我非常慶幸在三年的學(xué)習(xí) 生活中認(rèn)識了很多可敬的老 師和可親的同學(xué) 并感激師友的教誨和幫助 河南機(jī)電高等專科學(xué)校 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中期檢查表 學(xué)生姓名 孟令飛 學(xué) 號 091413115 指導(dǎo)教師 楊占堯 課題名稱 儀表指針成形工藝與模具設(shè)計 難易程度 偏難 適中 偏易選題情況 工作量 較大 合理 較小 任務(wù)書 有 無 開題報告 有 無符合規(guī)范化 的要求 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度 出勤情況 好 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計劃進(jìn)行 慢 中期工作匯 報及解答問 題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績評定 所在專業(yè)意見 負(fù)責(zé)人 年 月 日 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 系 部 材料工程系 專 業(yè) 模具設(shè)計與制造 學(xué) 生 姓 名 孟令飛 學(xué) 號 091413115 設(shè)計題目 儀表指針沖壓成形工藝與模具設(shè)計 起 迄 日 期 2012 年 3 月 2 日 5 月 8 日 指 導(dǎo) 教 師 楊占堯 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計任 務(wù) 書 1 本畢業(yè)設(shè)計課題來源及應(yīng)達(dá)到的目的 本題目是指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)該學(xué)生的目標(biāo)和該學(xué)生自身的特點以及當(dāng)前的教育 狀況來設(shè)計的 過該題目的畢業(yè)設(shè)計 將使學(xué)生達(dá)到理論知識與模具設(shè)計和制造的實 踐相結(jié)合 提高學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的掌握和綜合和應(yīng)用能力 培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和 解決實際問題的能力 強(qiáng)調(diào)專業(yè)知識的綜合應(yīng)用 2 本畢業(yè)設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 包括原始數(shù)據(jù) 技術(shù)要求 工作要 求等 題目 儀表指針沖壓模具設(shè)計 材料 LY12 板厚 0 3mm 精度 IT8 形狀以尺寸如 圖 工作要求 1 模具設(shè)計 編寫設(shè)計說明書一份 2 繪制模具裝配圖以及全套的模具零件圖 3 編寫主要零件的機(jī)械加工工藝過程卡 所在專業(yè)審查意見 負(fù)責(zé)人 年 月 日 系部意見 系領(lǐng)導(dǎo) 年 月 日 沖壓成形與板材沖壓 1 概述 通過模具使板材產(chǎn)生塑性變形而獲得成品零件的一次成形工藝方法叫做 沖壓 由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行 因此也稱為冷沖壓 只有當(dāng)板材厚度超 過 8 100mm 時 才采用熱沖壓 沖壓加工的原材料一般為板材或帶材 故也 稱板材沖壓 某些非金屬板材 如膠木板 云母片 石棉 皮革等 亦可采 用沖壓成形工藝進(jìn)行加工 沖壓廣泛應(yīng)用于金屬制品各行業(yè)中 尤其在汽車 儀表 軍工 家用電 器等工業(yè)中占有極其重要的地位 沖壓成形需研究工藝設(shè)備和模具三類基本 問題 板材沖壓具有下列特點 1 高的材料利用率 2 可加工薄壁 形狀復(fù)雜的零件 3 沖壓件在形狀和尺寸方面的互換性好 4 能獲得質(zhì)量輕而強(qiáng)度高 剛性好的零件 5 生產(chǎn)率高 操作簡單 容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化 沖壓模具制作成本高 因此適合大批量生產(chǎn) 對于小批量 多品種生產(chǎn) 常采用簡易沖模 同時引進(jìn)沖壓加工中心等新型設(shè)備 以滿足市場求新求變 的需求 板材沖壓常用的金屬材料有低碳鋼 銅 鋁 鎂合金及高塑性的合 金剛等 如前所述 材料形狀有板材和帶材 沖壓生產(chǎn)設(shè)備有剪床和沖床 剪床是用來將板材剪切成具有一定寬度的 條料 以供后續(xù)沖壓工序使用 沖床可用于剪切及成形 2 沖壓成形的特點 生產(chǎn)時間中所采用的沖壓成形工藝方法有很多 具有多種形式餓名稱 但塑性變形本質(zhì)是相同的 沖壓成形具有如下幾個非常突出的特點 1 垂直于板面方向的單位面積上的壓力 其數(shù)值不大便足以在板面方 向上使 板材產(chǎn)生塑性變形 由于垂直于板面方向上的單位面積上壓力的素 質(zhì)遠(yuǎn)小于板面方向上的內(nèi)應(yīng)力 所以大多數(shù)的沖壓變形都可以近似地當(dāng)作平 面應(yīng)力狀態(tài)來處理 使其變形力學(xué)的分析和工藝參數(shù)的計算大呢感工作都得 到很大的簡化 2 由于沖壓成形用的板材毛胚的相對厚度很小 在壓應(yīng)力作用下的抗 失穩(wěn)能力也很差 所以在沒有抗失穩(wěn)裝置 如壓邊圈等 的條件下 很難在 自由狀態(tài)下順利地完成沖壓成形過程 因此 以拉應(yīng)力作用為主的伸長類沖 壓成形過程多于以壓應(yīng)力作用為主的壓縮類成形過程 3 沖壓成形時 板材毛胚內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值等于或小于材料的屈服應(yīng)力 在這一點上 沖壓成形與體積成形的差別很大 因此 在沖壓成形時變形區(qū) 應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力成分對成形極限與變形抗力的影響 已失去其在體積 成形時的重要程度 有些情況下 甚至可以完全不予考慮 即使有必要考慮 時 其處理方法也不相同 4 在沖壓成形時 模具對板材毛胚作用力所形成的約束作用較輕 不 像體積成形 如模鍛 是靠與制件形狀完全相同的型腔對毛胚進(jìn)行全面接觸 而實現(xiàn)的強(qiáng)制成形 在沖壓成形中 大多數(shù)情況下 板材毛胚都有某種程度 的自由度 常常是只有一個表面與模具接觸 甚至有時存在板材兩側(cè)表面都 有于模具接觸的變形部分 在這種情況下 這部分毛胚的變形是靠模具對其 相鄰部分施加的外力實現(xiàn)其控制作用的 例如 球面和錐面零件成形時的懸 空部分和管胚端部的卷邊成形都屬這種情況 由于沖壓成形具有上述一些在變形與力學(xué)方面的特點 致使沖壓技術(shù)也 形成了一些與體積成形不同的特點 由于不需要在板材毛的表面施加很大的 單位壓力即可使其成形 所以在沖壓技術(shù)中關(guān)于模具強(qiáng)度與剛度的研究并不 十分重要 相反卻發(fā)展了學(xué)多簡易模具技術(shù) 由于相同原因 也促使靠氣體或液體壓力成形的工藝方法得以發(fā)展 因 沖壓成形時的平面應(yīng)力狀態(tài)或更為單純的應(yīng)變狀態(tài) 與體積成形相比 當(dāng) 前對沖壓成形匯中毛胚的變形與 力能參數(shù)方面的研究較為深入 有條件運 用合理的科學(xué)方法進(jìn)行沖壓加工 借助于電子計算機(jī)與先進(jìn)的測試手段 在 對板材性能與沖壓變形參數(shù)進(jìn)行實時測量與分析基礎(chǔ)上 實現(xiàn)沖壓過程智能 化控制的研究工作也在開展 人們在對沖壓成形過程有離開較為深入的了解 后 已經(jīng)認(rèn)識到?jīng)_壓成型與原材料有十分密切的關(guān)系 所以 對板材沖壓性 能即成形性與形狀穩(wěn)定性的研究 目前已成為沖壓技術(shù)的一個重要內(nèi)容 對 板材沖壓性能的研究工作不僅是沖壓技術(shù)發(fā)展的需要 而且也促進(jìn)了鋼鐵工 業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展 為其提高板材的質(zhì)量提供了一個可靠的基礎(chǔ)與依據(jù) 3 沖壓變形的分類 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 分離工序是使胚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 其中又以沖孔 落料應(yīng)用最廣 變形 工序是使胚料的一部分相對于另一部分產(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 沖壓成形就是毛胚的變形區(qū)在外力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的塑 性變形 所以變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點景象的沖壓成形分類 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(jìn)行體系化的研究 絕大多數(shù)沖壓成形時毛胚變形區(qū)均處于平面應(yīng)力狀態(tài) 通常認(rèn)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(rèn) 為垂直于板面方向上的應(yīng)力為零 使板材毛胚產(chǎn)生塑性變形的是作用于板面 方向上相互的兩個主應(yīng)力 由于板厚較小 通常都近似地認(rèn)為這兩個主應(yīng)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)_壓成型中 的毛陪變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點 在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中與相應(yīng)的 兩向應(yīng)變坐標(biāo)系中以應(yīng)力與應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示 4 沖壓用原材料 沖壓加工用原材料有很多種 它們的性能也有很大的差別 所以必須根 據(jù)原材料的性能與特點 采用不同的沖壓成形方法 工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu) 才能達(dá)到?jīng)_壓加工的目的 由于人們對沖壓成形過程板材毛胚的變形行為有 了較為深入的認(rèn)識 已經(jīng)相當(dāng)清楚的建立了由原材料的化學(xué)成分 組織等因 素所決定的材料性能與沖壓成形之間的關(guān)系 這就使原材料生產(chǎn)部門不但按 照沖壓件的工作條件與使用要求進(jìn)行原材料的設(shè)計工作 而且也根據(jù)沖壓件 加工過程對板材性能的要求進(jìn)行新型材料的開發(fā)工作 這是沖壓技術(shù)在原材 料研究方面的一個重要方向 對沖壓用原材料沖壓性能方面的研究工作有 1 原材料沖壓性能的含義 2 判斷原材料沖壓性能的科學(xué)方法 確定可以確切反映材料沖壓性能的 參數(shù) 建立沖壓性能的參數(shù)與實際沖壓成形間的關(guān)系 以及沖壓性能參數(shù)的 測試方法等 3 建立原材料的化學(xué)成分 組織和制造過程與沖壓性能之間的關(guān)系 沖 壓用原材料主要是各種金屬與非金屬板材 金屬板材包括各種黑色技術(shù)和有 色金屬板材 雖然在沖壓生產(chǎn)中所用金屬板材的種類很多 但最多的原材料 蛀牙是鋼板 不銹鋼板 鋁合金板及各種復(fù)合金屬板 5 板材沖壓性能及其鑒定方法 板材是指對沖壓加工的適應(yīng)能力 對板材沖壓性能的研究具有飛行重要 的意義 為了能夠運用最科學(xué)與最經(jīng)濟(jì)合理的沖壓工藝過程與工藝參數(shù)制造 出沖壓零件 必須對作為加工對象的板材的性能具有十分清楚的了解 這樣 才有可能充分地利用板材在加工方面的潛在能力 另一方面 為了能夠依據(jù) 沖壓件的形狀與尺寸特點及其所需的成形工藝等基本因素 正確 合理地選 用板材 也必須對板材的沖壓性能有一個科學(xué)的認(rèn)識與正確的判斷 評定板 材沖壓性能的方法有直接試驗法與間接試驗法 實物沖壓試驗是最直接的板材沖壓性能的評定方法 利用實際生產(chǎn)設(shè)備 與模具 在與生產(chǎn)完全相同的條件下進(jìn)行實際沖壓零件的性能評定 當(dāng)然能 夠的最可靠的結(jié)果 但是 這種評定方法不具有普遍意義 不能作為行業(yè)之 間的通用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息的交流 模擬試驗是把生產(chǎn)中實際存在的沖壓成形方法進(jìn)行歸納與簡單化處理 消除許多過于復(fù)雜的因素 利用軸對稱的簡化了的成形方法 在保證試驗中 板材的變形性質(zhì)與應(yīng)力狀態(tài)都與實際沖壓成形相同的條件下進(jìn)行的沖壓性能 的評定工作 為了保證模擬試驗結(jié)果的可靠性與通用性 規(guī)定了私分具體的 關(guān)于試驗用工具的幾何形狀與尺寸 毛胚的尺寸 試驗條件 沖壓速度 潤 滑方法 壓邊力等 間接試驗法也叫做基礎(chǔ)試驗法 間接試驗法的特點是 在對板材在塑性 變形過程中所表現(xiàn)出的基本性質(zhì)與規(guī)律進(jìn)行分析與研究的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步把 它和具體的沖壓成形中板材的塑性變形參數(shù)聯(lián)系起來 建立間接試驗結(jié)果 間接試驗值 與具體的沖壓成形性能 工藝參數(shù) 之間的相關(guān)性 由于間 接試驗時所用試件的形狀與尺寸以及加載的方式等都不同于具體的沖壓成形 過程 所以它的變形性質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)也不同于沖壓變形 因此間接試驗所得 的結(jié)果 試驗值 并不是沖壓成形的工藝參數(shù) 而是可以用來表示板材沖壓 性能的基礎(chǔ)性參數(shù) Characteristics and Sheet Metal Forming 1 The article overview Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die Stamping is usually carried out under cold state so it is also called stamping Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8 100mm The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip and therefore it is also called sheet metal forming Some non metal sheets such as plywood mica sheet asbestos leather can also be formed by stamping Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles instruments military parts and household electrical appliances etc The process equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping The characteristics of the sheet metal forming are as follows 1 High material utilization 2 Capacity to produce thin walled parts of complex shape 3 Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape and dimension 4 Parts with lightweight high strength and fine rigidity can be obtained 5 High productivity easy to operate and to realize mechanization and automatization The manufacture of the stamping die is costly and therefore it only fits to mass production For the manufacture of products in small batch and rich variety the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center are usually adopted to meet the market demands The materials for sheet metal stamping include mild steel copper aluminum magnesium alloy and high plasticity alloy steel etc Stamping equipment includes plate shear punching press The former shears plate into strips with a definite width which would be pressed later The later can be used both in shearing and forming 2 Characteristics of stamping forming There are various processes of stamping forming with different working patterns and names But these processes are similar to each other in plastic deformation There are following conspicuous characteristics in stamping 1 The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformation It is much less than the inner stresses on the plate plane directions In most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters 2 Due to the small relative thickness the anti instability capability of the blank is weak under compressive stress As a result the stamping process is difficult to proceed successfully without using the anti instability device such as blank holder Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than dominated by compressive stress 3 During stamping forming the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the material In this point the stamping is different from the bulk forming During stamping forming the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk forming In some circumstances such influence may be neglected Even in the case when this influence should be considered the treating method is also different from that of bulk forming 4 In stamping forming the restrain action of the die to the blank is not severs as in the case of the bulk forming such as die forging In bulk forming the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the part Whereas in stamping in most cases the blank has a certain degree of freedom only one surface of the blank contacts with the die In some extra cases such as the forming of the blank on the deforming zone contact with the die The deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent area Due to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above the stamping technique is different form the bulk metal forming The importance or the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surface Instead the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming more research on deformation or force and power parameters has been done Stamping forming can be performed by more reasonable scientific methods Based on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters by means of computer and some modern testing apparatus research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw material The research on the properties of the stamping forming that is forming ability and shape stability has become a key point in stamping technology development but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality 3 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 from 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 from 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 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 is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals 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 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 kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses and the coordinates of the corresponding plane principal strains 4 Raw materials for stamping forming There are a lot of raw materials used in stamping forming and the properties of these materials may have large difference The stamping forming can be succeeded only by determining the stamping method the forming parameters and the die structures according to the properties and characteristics of the raw materials The deformation of the blank during stamping forming has been investigated quite thoroughly The relationships between the material properties decided by the chemistry component and structure of the material and the stamping forming has been established clearly Not only the proper material can be selected based on the working condition and usage demand but also the new material can be developed according to the demands of the blank properties during processing the stamping part This is an important domain in stamping forming research The research on the material properties for stamping forming is as follows 1 Definition of the stamping property of the material 2 Method to judge the stamping property of the material find parameters to express the definitely material property of the stamping forming establish the relationship between the property parameters and the practical stamping forming and investigate the testing methods of the property parameters 3 Establish the relationship among the chemical component structure manufacturing process and stamping property The raw materials for stamping forming mainly include various metals and nonmetal plate Sheet metal includes both ferrous and nonferrous metals Although a lot of sheet metals are used in stamping forming the most widely used materials are steel stainless steel aluminum alloy and various composite metal plates 5 Stamping forming property of sheet metal and its assessing method The stamping forming property of the sheet metal is the adaptation capability of the sheet metal to stamping forming It has crucial meaning to the investigation of the stamping forming property of the sheet metal In order to produce stamping forming parts with most scientific economic and rational stamping forming process and forming parameters it is necessary to understand clearly the properties of the sheet metal so as to utilize the potential of the sheet metal fully in the production On the other hand to select plate material accurately and rationally in accordance with the characteristics of the shape and dimension of the stamping forming part and its forming technique is also necessary so that a scientific understanding and accurate judgment to the stamping forming properties of the sheet metal may be achieved There are direct and indirect testing methods to assess the stamping property of the sheet metal Practicality stamping test is the most direct method to assess stamping forming property of the sheet metal This test is done exactly in the same condition as actual production by using the practical equipment and dies Surely this test result is most reliable But this kind of assessing method is not comprehensively applicable and cannot be shared as a commonly used standard between factories The simulation test is a kind of assessing method that after simplifying and summing up actual stamping forming methods as well as eliminating many trivial factors the stamping properties of the sheet metal are assessed based on simplified axial symmetric forming method under the same deformation and stress states between the testing plate and the actual forming states In order to guarantee the reliability and generality of simulation results a lot of factors are regulated in detail such as the shape and dimension of tools for test blank dimension and testing conditions stamping velocity lubrication method and blank holding force etc Indirect testing method is also called basic testing method its characteristic is to connect analysis and research on fundamental property and principle of the sheet metal during plastic deformation and with the plastic deformation parameters of the sheet metal in actual stamping forming and then to establish the relationship between the indirect testing results indirect testing value and the actual stamping forming property forming parameters Because the shape and dimension of the specimen and the loading pattern of the indirect testing are different from the actual stamping forming the deformation characteristics and stress states of the indirect test are different from those of the actual one So the results obtained form the indirect test are not the stamping forming parameters but are the fundamental parameters that can be used to represent the stamping forming property of the sheet metal