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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
中文翻譯
摘 要
在連鑄鋼鑄造廠中，將模具中的鋼水平衡穩(wěn)定在最終產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率上是非常重要的。模具中的駐波會(huì)導(dǎo)致鋼水周期的波動(dòng)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率下降。然而，對(duì)于它們沒(méi)有任何有效的對(duì)策，因?yàn)樗鼈儾煌谄渌麛_動(dòng)，因?yàn)樗鼈儾皇卿撍髁康淖兓虼瞬粦?yīng)該通過(guò)操縱質(zhì)量流量來(lái)控制。本文提出了一種可以防止駐波有害影響的駐波模型和模具穩(wěn)定技術(shù)。該技術(shù)可以通過(guò)從原始模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量來(lái)防止模具級(jí)別控制與模具中的駐波之間的相互作用。在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出良好的性能，該技術(shù)已經(jīng)在JFE的連續(xù)鑄鋼工藝中得到實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵字：連鑄機(jī)，模具級(jí)穩(wěn)定，鋼鐵工業(yè)，煉鋼
1.介紹
近幾年來(lái)，世界鋼鐵消費(fèi)量大幅上漲，特別是在亞洲。為了滿(mǎn)足這一需求，已經(jīng)進(jìn)行了許多連續(xù)鑄造工藝的研究和開(kāi)發(fā)，以提高最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
連續(xù)鑄造是將鋼水凝固成板坯或坯料進(jìn)行后續(xù)軋制的過(guò)程。在該過(guò)程中，將鋼水連續(xù)鑄造到水冷模具中，并且將凝固的鋼從模具的下側(cè)以長(zhǎng)股線(xiàn)取出。通過(guò)操縱進(jìn)入模具的流入來(lái)使模具中的鋼水位控制在其設(shè)定點(diǎn)周?chē)?，以保持產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)模具水平大幅波動(dòng)時(shí)，模具鑄造粉末和漂浮在鋼水表面的其他雜質(zhì)被夾帶在凝固鋼中。這些現(xiàn)象對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量有不良影響。因此，如果模具水平波動(dòng)大于可接受極限，則操作者必須逐漸降低鑄造速度，從而降低生產(chǎn)率。為了防止這些不合適的情況，近年來(lái)已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于模具穩(wěn)定化的研究（Furtmueller等人，2006，Dussud等人，1998，Kitada等人，1998）。
一般來(lái)說(shuō)，模具級(jí)別控制中的干擾被分類(lèi)為周期性和非周期性（Furtmueller等，2008）。周期性擾動(dòng)包括模具本身的凸起，駐波和振蕩。非周期性擾動(dòng)包括在噴嘴中的沉積物的收集和排放
（Rackers等人，1995）以及鑄造速度和中間包重量的變化。在這些干擾中，許多研究已經(jīng)被推出（Asano等，1998，Jabri等，2008，Kim等，2011）。另一方面，幾乎沒(méi)有關(guān)于駐波的研究。
本文介紹了一種防止駐波不利影響的技術(shù)。如上所述，駐波是周期性擾動(dòng)，但是與凸起相反，它們不應(yīng)該通過(guò)操縱流入模具來(lái)控制，因?yàn)樗鼈儾皇琴|(zhì)量流動(dòng)干擾。所提出的技術(shù)可以通過(guò)從模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量來(lái)防止模具級(jí)別控制與駐波之間的相互作用。
2.連續(xù)鑄造工藝
首先，要討論模具水平穩(wěn)定方法，應(yīng)該說(shuō)明連續(xù)鑄造工藝。 圖1示出了模具級(jí)控制的技術(shù)圖。 大型船舶中的鋼鐵“鋼包”使用起重機(jī)運(yùn)輸?shù)竭B鑄廠。 將鋼水從鋼包倒入中間包中，中間包是液態(tài)鋼的儲(chǔ)存器。 鋼水通過(guò)滑動(dòng)閘門(mén)和管道（通常為浸入式噴嘴SEN）從中間包流入模具。 模具的壁由水冷卻。 液態(tài)鋼的凝固從模具內(nèi)部開(kāi)始形成一個(gè)薄的外殼，它從模具中提取出來(lái)，通過(guò)放置在二級(jí)冷卻區(qū)域的夾送輥形成一條股線(xiàn)。 在第二冷卻區(qū)中，用輥支撐，通過(guò)水噴霧冷卻線(xiàn)以獲得完全凝固。最后，通過(guò)切割機(jī)將線(xiàn)材切成規(guī)定長(zhǎng)度的板坯。 圖1還顯示了模具級(jí)別控制方案。
從中間包流入模具的鋼水由滑動(dòng)閘門(mén)控制，鋼水位由液位傳感器測(cè)量。 基于對(duì)規(guī)定的電平設(shè)定值與測(cè)量電平之間的差的控制計(jì)算，滑動(dòng)門(mén)位置由伺服驅(qū)動(dòng)器操縱。
3.標(biāo)準(zhǔn)波對(duì)模具級(jí)控制的影響
3.1立式波動(dòng)：
如圖所示。 2，駐波是具有始終位于相同位置的節(jié)點(diǎn)和波腹的波。 因此，平均鋼水表面是恒定的。 這些現(xiàn)象的原因之一被認(rèn)為是來(lái)自具有分叉出口的SEN的不對(duì)稱(chēng)的鋼水流。 駐波的頻率由以下理論方程式計(jì)算
其中f是駐波的頻率，m是模式，g是重力加速度，l是模具的寬度。圖3示出了實(shí)際連續(xù)鑄造設(shè)備中的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的典型實(shí)例。在這種情況下，隨著鑄造速度的增加，模具水平變化較大，最終超過(guò)質(zhì)量波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)。一旦發(fā)生這種情況，操作員會(huì)降低鑄造速度。在這種情況下，模具1的寬度為2100mm，因此，駐波的頻率為（0.6）（m = 1），0.85Hz（m = 2），0.9Hz（m = 3） 1）。
圖4（a）和（b）分別示出了模具級(jí)別和滑動(dòng)門(mén)位置的功率譜。在這兩個(gè)圖中，在0.6Hz可觀察到明顯的峰。一階駐波（0.6Hz）的頻率與峰值一致。因此，這些波動(dòng)可以被判斷為駐波。該結(jié)果還表明，通過(guò)滑動(dòng)噴嘴操縱增強(qiáng)駐波。
3.2駐波模式
為了驗(yàn)證駐波對(duì)模具級(jí)控制的影響，引入了駐波模型。在這項(xiàng)研究中，我們假設(shè)有一種模式的駐波可以通過(guò)擺錘模型近似（Yano等，2001，Noda et al。，2004），如圖1所示。在圖5中。 5，L是模具的寬度，h是靜態(tài)鋼水的水平，sh是靜態(tài)鋼水的波動(dòng)。 M表示鋼水的質(zhì)量，c表示鋼水的粘度，l表示擺錘的長(zhǎng)度，x &&是導(dǎo)致一種模式駐波的加速度。
在圖5，以下關(guān)于θ的微分方程成立
在這種駐波模型（5）和（6）中，阻尼系數(shù)ζ取決于鋼水的粘度和壁與鋼水之間的摩擦力。然而，這個(gè)值難以測(cè)量，因此ζ是基于模具級(jí)仿真結(jié)果進(jìn)行調(diào)整的。角度頻率nsω由（1）和（7）計(jì)算，以及模具的寬度。
3.3駐波觀察員
圖6示出了所提出的駐波觀測(cè)器的框圖。該觀察者可以使用基于觀察者的濾波技術(shù)從原始模具級(jí)信號(hào)中去除駐波分量。該系統(tǒng)由駐波模型和PD控制器組成。模具級(jí)傳感器的信號(hào)與駐波模型的輸出之間的差異被饋送到PD控制器。觀察者被設(shè)計(jì)成使得它只能被對(duì)應(yīng)于駐波的信號(hào)激發(fā)，駐波的頻率被并入駐波模型中。該系統(tǒng)還能夠輸出估計(jì)的駐波。
圖7和8示出了駐波觀測(cè)器對(duì)真實(shí)工廠中的模具級(jí)信號(hào)的濾波效果。在這種情況下，由于一階駐波的頻率為0.6Hz，所以將阻尼因子ζ調(diào)整為0.4，將nf設(shè)定為0.6。很明顯，這種方法可以從原始模具級(jí)別信號(hào)中去除具有特定頻率的波形。
3.4仿真結(jié)果
通過(guò)使用結(jié)合在駐波模型和駐波觀測(cè)器中的模具級(jí)控制模擬器來(lái)檢查駐波的影響。 仿真器的框圖如圖9所示。 模具本身是一個(gè)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)存器，可以被建模為一個(gè)積分器如下
滑動(dòng)噴嘴可以被建模為增益，一階滯后和延遲。 延遲結(jié)合了噴嘴中液態(tài)鋼的下落時(shí)間和伺服系統(tǒng)的其他延遲。 G是確定噴嘴特性的流量系數(shù)。
液位傳感器可以建模為簡(jiǎn)單增益和一階滯后，如下所示：
應(yīng)用以下PI控制器：
將具有與駐波相同頻率的周期性信號(hào)作為干擾加入。 具有一階駐波頻率的駐波模型與模具模型平行放置。 與前述相同的模型應(yīng)用于駐波模型和駐波。 在駐波模型和駐波觀測(cè)器中的阻尼因子ζ設(shè)定為0.4。 nf根據(jù)干擾頻率設(shè)定為0.6（Hz）。
該模擬器具有可以選擇駐波觀察者的功能的“開(kāi)/關(guān)”的開(kāi)關(guān)。
圖10示出了沒(méi)有駐波觀測(cè)器的模擬結(jié)果。在這種情況下，隨著鑄造速度的增加，由于過(guò)度的滑動(dòng)噴嘴操作，模具水平的變動(dòng)變大，最終模具水平變得不穩(wěn)定。 圖11示出了駐波觀測(cè)器的模擬結(jié)果。即使當(dāng)鑄造速度增加時(shí)，通過(guò)滑動(dòng)噴嘴操作也不會(huì)增強(qiáng)駐波，并且模具水平保持恒定。結(jié)果表明，該技術(shù)可以消除模具水平信號(hào)中的駐波分量，并可以避免鋼水位波動(dòng)與滑動(dòng)噴嘴操作之間的相互作用。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.1實(shí)際控制方案
所提出的控制方案已被納入實(shí)際的連續(xù)鑄造。圖12顯示了實(shí)際工廠的控制方案。如圖所示。如圖13所示，通過(guò)模具級(jí)信號(hào)的功率譜分析來(lái)確認(rèn)第一，第二和第三階駐波。因此，控制器中安裝有三個(gè)駐波觀測(cè)器。圖14示出了這種情況下的駐波觀察者的框圖。觀察者串聯(lián)連接，該結(jié)構(gòu)可以從原始模具級(jí)信號(hào)中去除第一，第二和第三階駐波分量。
模具的寬度根據(jù)鑄坯的寬度而變化。駐波觀測(cè)器中的角頻率nω根據(jù)寬度設(shè)定。在所有觀察者中，阻尼因子ζ被調(diào)整為0.4。根據(jù)提出的功能的開(kāi)/關(guān)，PI控制器增益自動(dòng)切換，因?yàn)橥ㄟ^(guò)應(yīng)用所提出的方法可以獲得更強(qiáng)的增益
4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
所提出的控制方案已經(jīng)應(yīng)用于商業(yè)連續(xù)鑄造操作以與常規(guī)控制方案進(jìn)行比較。 這些試驗(yàn)是在相同的鋼種和相同的操作條件下進(jìn)行的，除了PI增益的值。
圖15和圖16示出了不應(yīng)用駐波觀察者的常規(guī)方法的測(cè)試結(jié)果的示例。 模具水平的幅度非常接近可接受的極限。圖16示出了發(fā)生第一，第二和第三階駐波，并且滑動(dòng)噴嘴響應(yīng)于測(cè)量的駐波而進(jìn)行不必要的操縱。圖17和18示出了駐波觀測(cè)器的測(cè)試結(jié)果的示例。 可以通過(guò)從模具級(jí)信號(hào)中除去駐波分量來(lái)防止過(guò)度的滑動(dòng)噴嘴動(dòng)作，這允許使用比常規(guī)方法更高的PI增益。 結(jié)果，模具水平的幅度要小得多
作者： Ahmed Al-Khazraji a, Samir Ali Amin a, Saad Mahmood Ali
出處： Engineering Science and Technology, an International Journa（2016）
12
大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)論文
摘 要
沖壓模具成型技術(shù)是屬于少切削或無(wú)切削的加工方法，沖壓成型的生產(chǎn)效率比較高，沖壓件的質(zhì)量好，其產(chǎn)品的一致性好、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)已經(jīng)得到了越來(lái)越多的企業(yè)的認(rèn)可。沖壓工藝廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電器、儀器儀表、航天航空以及各種民用輕工業(yè)的行業(yè)，是如今工業(yè)上生產(chǎn)的重要工藝方法和研究方向。
本套模具設(shè)計(jì)的是我們?nèi)粘Ｉ钪休^為常見(jiàn)的罩圈，涉及的工藝方法都是沖壓模具中應(yīng)用比較廣泛的工序，其包括落料、拉深、沖孔、翻邊等工序。我所設(shè)計(jì)的模具是采用復(fù)合模在一次成型過(guò)程中完成落料、拉深、沖孔、翻邊這四個(gè)過(guò)程，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我首選分析了沖壓件的工藝性能，再選擇工藝方案，接下來(lái)進(jìn)行一系列的有關(guān)工藝參數(shù)計(jì)算，再選擇合適的沖壓設(shè)備，再對(duì)模具的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后完成整套模具設(shè)計(jì)。
通過(guò)這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)所學(xué)的沖壓模具課程有了進(jìn)一步的了解，也掌握了很多的沖壓模具設(shè)計(jì)上的技術(shù)，比如查閱資料設(shè)計(jì)和計(jì)算、采用輔助軟件PRO/E三維建模和CAD制圖，很好的完成了一次理論結(jié)合實(shí)際的綜合知識(shí)應(yīng)用，對(duì)我以后的工作有了很大的提升。
關(guān)鍵字：沖壓模、模具設(shè)計(jì)、復(fù)合模、罩圈。
ABSTRACT
Stamping die molding technology is a small cutting or no cutting of the processing methods, stamping production efficiency is relatively high, stamping parts of good quality, and its products consistent, wide range of applications and other characteristics have been more and more enterprises The approval. Stamping process is widely used in automobiles, electrical appliances, instrumentation, aerospace and a variety of civilian light industry industry, is now an important industrial production methods and research direction.
This set of mold design is our daily life more common hood, involving the process are stamping die application in a wide range of processes, including blanking, drawing, punching, flanging and other processes. I designed the mold is the use of composite mold in a molding process to complete the blanking, drawing, punching, flanging these four processes, in the design process I preferred to analyze the stamping parts of the process performance, and then select the process , Followed by a series of calculation of the process parameters, and then select the appropriate stamping equipment, and then the overall structure of the mold design, and finally complete the entire mold design.
Through this graduation design, let me learn the stamping die course has a better understanding, but also mastered a lot of stamping die design technology, such as access to information design and calculation, the use of auxiliary software PRO / E three-dimensional modeling And CAD mapping, a good completion of a theory combined with the actual application of the comprehensive knowledge of my future work has been greatly improved.
Keywords: stamping die, mold design, composite mold, hood ring.
目 錄
第一章 引言 1
1.1.冷沖壓術(shù)的狀況 1
1.2沖壓模具技術(shù)發(fā)展 2
第二章 沖壓件的工藝分析 4
2.1沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性 4
2.1.1.沖壓件的形狀 4
2.1.2沖壓件的尺寸精度 5
第三章 制件沖壓方案的確定 6
3.1沖壓工序的組合 6
3.2沖壓工序的安排 6
第四章 制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算 7
4.1展開(kāi)尺寸的計(jì)算 7
4.2制件排樣圖的設(shè)計(jì) 11
4.2.1搭邊與料寬 12
4.2.2送料步距和條料寬度的確定 12
4.3材料利用率的計(jì)算 13
第五章 確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心 14
5.1落料，沖孔力計(jì)算 14
5.1.1落料力計(jì)算 14
5.1.2沖孔力計(jì)算 14
5.2拉深力計(jì)算 14
5.3翻孔力的計(jì)算 15
5.4卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算 15
5.5壓力中心的計(jì)算 15
5.6壓力機(jī)的選用 16
第六章 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算 17
6.1落料、沖孔凸、凹模刃口尺寸 17
6.1.1設(shè)計(jì)原則 17
6.1.2凸模和凹模具配合加工 18
6.2拉深模 19
6.3翻孔模尺寸計(jì)算方法 20
第七章 模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) 21
7.1凹模周界 21
第八章 模具的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
8.1落料凹模的設(shè)計(jì) 23
8.2沖孔凸模的設(shè)計(jì) 23
8.3拉深凸模的設(shè)計(jì) 24
8.4沖翻孔凸凹模的設(shè)計(jì) 25
8.5凸凹模的設(shè)計(jì) 25
8.6頂料快的設(shè)計(jì) 26
結(jié)束語(yǔ) 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
第一章 引言
1.1.冷沖壓術(shù)的狀況
總所周知，美國(guó)、德國(guó)和日本的汽車(chē)工業(yè)是世界上最發(fā)達(dá)的汽車(chē)工業(yè)，得益于其在冷沖壓技術(shù)和設(shè)備方面的領(lǐng)先地位。。其冷沖壓設(shè)備基本上都是自動(dòng)化的。
根據(jù)不同類(lèi)型的加工環(huán)境和條件的逐步發(fā)展，現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)基本形成了如下兩種自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)。
1）單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化?
配置又5，6臺(tái)壓力機(jī)，設(shè)備拆裝、上下卸料機(jī)械手，穿梭的翻轉(zhuǎn)裝備和碼垛裝置等，全生產(chǎn)線(xiàn)總長(zhǎng)約60米，安全性高，沖壓產(chǎn)品質(zhì)量好。由于工件傳動(dòng)距離較長(zhǎng)，工件的上下料的換向和雙動(dòng)拉伸必須使用工件翻轉(zhuǎn)裝備。所以導(dǎo)致這種單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化沖壓技術(shù)在生產(chǎn)節(jié)拍上最高為6-9次/分，導(dǎo)致設(shè)備的維修工件量大。?
2）大型多工位壓力機(jī)
在八十年代中期，國(guó)外在沖壓技術(shù)上開(kāi)發(fā)了大型三坐標(biāo)的多工位壓力機(jī)自動(dòng)連續(xù)沖壓模，由大型壓力機(jī)、三坐標(biāo)工件傳送系統(tǒng)、碼垛工位和碼垛機(jī)組成，其生產(chǎn)節(jié)拍可以達(dá)16-25次/分。其主要特點(diǎn)是：沖壓生產(chǎn)效率高，送料速度是手工流水線(xiàn)的4-5倍，大約是單機(jī)聯(lián)線(xiàn)自動(dòng)化的2-3倍；并且是自動(dòng)化、智能化，整個(gè)多工位壓力機(jī)系統(tǒng)只靠2-3人就可完成操控，當(dāng)模具需要更換時(shí)，僅僅需要輸入要換模具的對(duì)應(yīng)編號(hào)，其余工作可以全自動(dòng)完成，而且整個(gè)換模時(shí)間只需5分鐘不到，換模的同時(shí)可對(duì)多工位壓力機(jī)操作特征智能化的調(diào)整；特別是裝配有電子三坐標(biāo)的送料多工位的壓力機(jī)，可以根據(jù)模具任意的調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)路徑和時(shí)間，不僅沖壓大型的覆蓋件，而且還能夠沖壓小型零件。當(dāng)沖壓小型零件時(shí)，其送料距較短，節(jié)拍會(huì)比較高，再合理的模具布置，可以一次就沖壓2-3各零件，具有充分的自由度，靈活性強(qiáng)。電子多工位送料壓力機(jī)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，工件加工精度高，工件轉(zhuǎn)換快，維修保養(yǎng)性好，診斷性能好，成本較低，與現(xiàn)有的壓力機(jī)相比適應(yīng)性強(qiáng)，售后服務(wù)和遠(yuǎn)程通訊也比較好。美國(guó)的多工位壓力機(jī)基本上都采用了電子伺服三坐標(biāo)進(jìn)給送料。
高速化復(fù)合化相結(jié)合，可以顯著提高加工效率 ，提高生產(chǎn)率是工業(yè)屆永恒追求目標(biāo)，各各鍛壓廠家均致力于高速化的鍛壓機(jī)械研究，例如在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)上，大多采用伺服控制下的液壓主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提高壓力機(jī)的行程次數(shù)。在追求高速化的加工時(shí)，還必須盡快縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間，便于取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。故在數(shù)控壓力機(jī)上配備伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和三坐標(biāo)的上下料裝置，可以使沖壓中心實(shí)現(xiàn)高效快速的加工。?
當(dāng)前機(jī)床大幅的縮短生產(chǎn)輔助時(shí)間和提高生產(chǎn)率的重要技術(shù)手段是將機(jī)床上的幾個(gè)工序復(fù)合再一起，復(fù)合加工在鍛壓機(jī)械上也取得了成功地應(yīng)用，其效果十分顯著。例如：在德國(guó)、美國(guó)、日本已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)出了激光一步?jīng)_壓復(fù)合機(jī)，可以將模具沖切和激光切割有機(jī)的結(jié)合在一起，工件只需要一次上料就可以完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉深、切割等多道沖壓工序，最大限度上地節(jié)省了加工輔助時(shí)間，特別在對(duì)孔型較多而復(fù)雜的面板類(lèi)工件進(jìn)行加工或者多品種小批量板料加工時(shí)能有顯著效果。
1.2沖壓模具技術(shù)發(fā)展
壓成形過(guò)程的模擬(CAE)作用更加凸顯、模具三維設(shè)計(jì)地位得以鞏固、數(shù)字化模具技術(shù)已成主流方向、模具加工自動(dòng)化迅猛發(fā)展、高強(qiáng)度鋼板沖壓技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向、新型模具產(chǎn)品適時(shí)推出、模具材料與表面處理技術(shù)將受到重用、管理的科學(xué)化與信息化是模具企業(yè)發(fā)展方向、模具的精細(xì)化制造是必然趨勢(shì)。
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件的快速發(fā)展，沖壓成形過(guò)程的模擬技術(shù)(CAE)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，CAE技術(shù)已成為模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程的必要環(huán)節(jié)，廣泛用于預(yù)測(cè)成形缺陷，優(yōu)化沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)，提高了模具設(shè)計(jì)的可靠性，減少了試模時(shí)間。
????國(guó)內(nèi)許多汽車(chē)模具企業(yè)在CAE的應(yīng)用中也取得了顯著進(jìn)步，獲得了良好的效果。CAE技術(shù)的應(yīng)用可大大節(jié)省試模的成本，縮短沖壓模具的開(kāi)發(fā)周期，已成為保證模具質(zhì)量的重要手段。CAE技術(shù)正逐步使模具設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)設(shè)計(jì)。
????模具三維設(shè)計(jì)地位得以鞏固
????模具的三維設(shè)計(jì)是數(shù)字化模具技術(shù)的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)一體化的基礎(chǔ)。日本豐田、美國(guó)通用等公司已實(shí)現(xiàn)了模具的三維設(shè)計(jì)，并取得了良好的應(yīng)用效果。國(guó)外在模具三維設(shè)計(jì)中采取的一些做法值得我們借鑒。模具三維設(shè)計(jì)除了有利于實(shí)現(xiàn)集成化制造外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是便于干涉檢查，可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉分析，解決了二維設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題。
????數(shù)字化模具技術(shù)已成主流方向
????近年來(lái)得到迅速發(fā)展的數(shù)字化模具技術(shù)，是解決汽車(chē)模具開(kāi)發(fā)中所面臨的許多問(wèn)題的有效途徑。所謂數(shù)字化模具技術(shù)，就是計(jì)算機(jī)技術(shù)或計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)(CAX)在模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的應(yīng)用。
????總結(jié)國(guó)內(nèi)外汽車(chē)模具企業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，數(shù)字化汽車(chē)模具技術(shù)主要包括以下方面：
????①可制造性設(shè)計(jì)(DFM)，即在設(shè)計(jì)時(shí)考慮和分析可制造性，保證工藝的成功。
????②模具型面設(shè)計(jì)的輔助技術(shù)，發(fā)展智能化的型面設(shè)計(jì)技術(shù)。
????③CAE輔助分析和仿真沖壓成形的工藝過(guò)程，預(yù)測(cè)和解決可能出現(xiàn)的缺陷和成形問(wèn)題。
????④用三維的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)。
????⑤模具的制造過(guò)程采用CAPP、CAM和CAT技術(shù)。
????⑥在數(shù)字化技術(shù)指導(dǎo)下處理解決試模過(guò)程中和沖壓生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。
????模具加工自動(dòng)化迅猛發(fā)展
????先進(jìn)的加工技術(shù)與裝備是提高生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。在先進(jìn)的汽車(chē)模具企業(yè)中，配有雙工作臺(tái)的數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)換刀裝置(ATC)、自動(dòng)加工的光電控制系統(tǒng)、工件在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)等已不鮮見(jiàn)。數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結(jié)構(gòu)面的全面加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工，加工自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展十分迅速。
第二章 沖壓件的工藝分析
沖壓成型根據(jù)其工藝分類(lèi)，可分為分離過(guò)程和成型過(guò)程兩種。分離工序也稱(chēng)為沖壓，沖壓是使沖壓部件沿著一定輪廓線(xiàn)從板料上分離下來(lái)，同時(shí)確保分離部件的質(zhì)量要求。成形工序的目的則是讓板料在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形，以制成所需工件形狀和尺寸。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往將多種工序集成應(yīng)用于一個(gè)工件上。沖裁、彎曲、拉深、翻邊、脹形、旋壓、是幾種主要的沖壓工藝?！?】
沖壓所用板料的表面和其內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量有很大的影響，要求沖壓板料的厚度精確、均勻；表面光滑，無(wú)斑點(diǎn)、無(wú)疤痕、無(wú)磨損、無(wú)表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，各方向性不明顯；均勻延伸率高；低加工硬化等。
在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，常用的沖壓工藝類(lèi)似于工藝試驗(yàn)，比如拉深性能試驗(yàn)與脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能，確保成品質(zhì)量和高合格率。
沖壓件的成形和精度很大程度取決于模具的精度和結(jié)構(gòu)。而模具制造成本和使用壽命則是沖壓件成本和質(zhì)量的決定因素。模具設(shè)計(jì)制造一般需要較多的時(shí)間，從而延長(zhǎng)了生產(chǎn)新型沖壓件的準(zhǔn)備時(shí)間。 如今再模座、模架、導(dǎo)向件等工件的標(biāo)準(zhǔn)化下和發(fā)展簡(jiǎn)易的模具、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模，以及快速換模裝置的研制，可大大減少在沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)工作量并縮短準(zhǔn)備時(shí)間【5】。
沖壓設(shè)備除了厚板與液壓沖壓成型外，一般采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速的多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置有開(kāi)卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械模具庫(kù)和快速換模裝置，并通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制，可形成生產(chǎn)率高的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線(xiàn)。
在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十或者數(shù)百件沖壓件的情況下，并在短時(shí)間內(nèi)要完成進(jìn)料、沖壓、出件、排廢料等沖壓工序，往往會(huì)發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量安全事故。因此，在沖壓的生產(chǎn)過(guò)程中安全保障是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。
沖壓件的工藝性能的好壞是指沖壓件在沖壓工序中的加工難易程度。所說(shuō)的沖壓工藝性好一般是指再用普通的沖壓方法的情況下、模具壽命和生產(chǎn)率較高、成本較低的條件下也能得到質(zhì)量合格的沖壓件。因此，沖壓件本身的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度等級(jí)、材料和厚度等是否都符合沖壓的加工要求，對(duì)最后沖壓件質(zhì)量、模具使用壽命和總的生產(chǎn)效率有很大的影響。
2.1沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性
2.1.1.沖壓件的形狀
此制件的形狀為圓形，其中工序有落料、拉深，沖孔，翻邊等，且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，具有過(guò)渡圓角，易于模具的加工和避免在沖壓時(shí)可能產(chǎn)生尖角處開(kāi)裂的現(xiàn)象，也防止了尖角部位得刃口的過(guò)快磨損。
2.1.2沖壓件的尺寸精度
沖壓件的精度主要由尺寸精度、沖壓斷面粗糙度和毛刺高度三個(gè)方面的綜合指標(biāo)來(lái)衡量。根據(jù)零件圖紙上的尺寸標(biāo)注和公差，可以判斷該罩圈的尺寸精度為IT12—IT14的經(jīng)濟(jì)級(jí)普通沖壓。 Q235鋼板是普通碳素鋼，其屈服極限是240MPa，抗拉強(qiáng)度380-470 MPa，剪切強(qiáng)度310-380MPa，具有良好的沖壓性，工件結(jié)構(gòu)形狀比較簡(jiǎn)單，外形均無(wú)尖銳角，不影響模具壽命，孔與邊緣間距大于1.5t，而且工件的直徑d>t故滿(mǎn)足沖孔?？梢詻_壓的最小孔徑。
第三章 制件沖壓方案的確定
3.1沖壓工序的組合
單工序沖壓、復(fù)合工序沖壓和連續(xù)沖壓是常見(jiàn)的沖壓工藝。
沖壓方式根據(jù)下列因素確定：
（1） 根據(jù)生產(chǎn)量來(lái)確定 一般年產(chǎn)量需求達(dá)到100萬(wàn)件的產(chǎn)品采用復(fù)合沖壓或連續(xù)沖壓較合適。
（2） 根據(jù)沖壓件尺寸大小和精度等級(jí)來(lái)確定 復(fù)合沖壓得到的沖壓件一般尺寸精度等級(jí)高，而連續(xù)沖壓的沖壓件尺寸精度等級(jí)相對(duì)較低。
（3） 根據(jù)沖壓件尺寸形狀適應(yīng)性來(lái)確定 若產(chǎn)品的尺寸較大，考慮到連續(xù)模在送料時(shí)不方便和生產(chǎn)效率較低，因此常常采用復(fù)合沖壓。復(fù)合沖壓可以沖壓加工復(fù)雜的形狀、寬度比較大的沖壓件等。
（4） 根據(jù)模具制造使用的難易程度和成本高低來(lái)確定, 對(duì)于形狀較為復(fù)雜的沖壓件來(lái)說(shuō)，使用復(fù)合沖壓比采用連續(xù)沖壓更為適宜，因?yàn)閺?fù)合模具的制造和安裝調(diào)整較容易，且模具成本較低。
（5） 根據(jù)操作是否方便與使用安全來(lái)確定 復(fù)合沖壓時(shí)其出件和清除廢料較為困難，導(dǎo)致工作安全性較差，因此連續(xù)沖壓較安全。
根據(jù)上述分析，在滿(mǎn)足沖壓件的質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求下，應(yīng)該采用復(fù)合沖壓的方式，因?yàn)閺?fù)合模具的壽命較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，操作較為方便和工作安全性高。
3.2沖壓工序的安排
采用的復(fù)合模包括落料，拉深，沖孔，翻邊等多道工序，考慮到模具加工成本，多次重新定位和尺寸不穩(wěn)定等因素，這里考慮采用多次工序復(fù)合的方法來(lái)加工，根據(jù)實(shí)際情況，本套模具設(shè)計(jì)將落料，拉深，沖孔，翻邊等復(fù)合，設(shè)計(jì)一套包含四工序的復(fù)合模具。本次模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，難度大，故借助于電腦軟件設(shè)計(jì)較好。
第四章 制件排樣圖的設(shè)計(jì)及材料利用率的計(jì)算
4.1展開(kāi)尺寸的計(jì)算
拉深件毛坯料的展開(kāi)尺寸，通常按毛坯面積等于沖壓件面積的原則決定。
拉深件的毛坯尺寸難以預(yù)先地精確計(jì)算，這是因?yàn)槔罴谋诓吭诶钸^(guò)程中會(huì)變形，其變形程度與毛坯是否退火、壓邊力的大小和凸凹模的間隙等因素有關(guān)。因此難確保拉深件完全均勻一致的高度，故通常需要采用修邊處理，將不平齊的部分切去。所以在計(jì)算毛坯尺寸之前，要在拉深件上增加切邊余量。
展開(kāi)尺寸的計(jì)算是將按加工工序反過(guò)來(lái)算，本工件根據(jù)工藝工程，最后一道工序是沖孔，翻邊，也就是說(shuō)翻邊之前的工序是拉深，可以設(shè)計(jì)出沖孔翻邊之前的加工工序圖，根據(jù)工件的相對(duì)凸緣直徑H/d=16/99=0.16，查表可知的所需的修邊余量為1.0，所以在切邊之前的拉深高度應(yīng)為17mm，如下圖4-1：
圖4-1 罩圈工件
由于拉深件是帶臺(tái)階的零件，其形狀規(guī)則，材料均勻，查找相關(guān)資料可知，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算該拉深件的展開(kāi)尺寸，也可以采用數(shù)學(xué)計(jì)算法計(jì)算拉深件的展開(kāi)尺寸。
數(shù)學(xué)計(jì)算法【7】的概念是將零件分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單幾何形狀，然后疊加它們，可以求出零件的表面積，然后根據(jù)面積相等原理原，計(jì)算出毛坯直徑。
根據(jù)以上零件形狀，可以將整個(gè)產(chǎn)品零件分為5個(gè)形狀，具體計(jì)算如下：
第一部分：
圖4-2 形狀1
面積計(jì)算公式F1=R2=3.14×35×35=3846.5
第二部分：
圖4-3 形狀2
面積計(jì)算公式F2=×（2Rd+8R2）/4
=3.14×(2×3.14×5.5×70+8×5.5×5.5) ÷4=2087.943
第三部分：
圖4-4 形狀3
面積計(jì)算公式F3=×（R2-r2）
=3.14×(46×46-40×40)=1620.24
第四部分：
圖4-5 形狀4
面積計(jì)算公式F4=×（2Rd+8R2）/4
=3.14×(2×3.14×3.5×92+8×3.5×3.5) ÷4=1664.3256
第五部分：
圖4-6 形狀5
面積計(jì)算公式F5=dh
=3.14×99×7=2176.02
所以五部分總面積為∑=F1+F2+F3+F4+F5
=3846.5+2087.943+1620.24+1664.3256+2176.02
=11395.0286
即展開(kāi)毛坯的面積為11395.0286，那么反過(guò)來(lái)計(jì)算毛坯直徑
11395.0286=D2/4
D=120.48,
本次設(shè)計(jì)取整數(shù)120，展開(kāi)圖紙如下圖4-7所示：
圖4-7 坯料
拉深次數(shù)的確定：
判斷能否一次拉深：
H/d=16.5/99=0.1667
(t/D)×100=0.8333
m=d1/D=99/120=0.825
根據(jù)以上數(shù)據(jù)查相關(guān)資料可得首次最小拉深系數(shù)m1=0.53-0.55，由于m1＜0.825（實(shí)際的拉伸系數(shù)），故可以一次拉深成型，另外根據(jù)數(shù)據(jù)查相關(guān)資料，可知首次拉深的最大相對(duì)高度為H1/d1=0.64，由于0.64＞0.1667（該相對(duì)高度下的比較值），也能說(shuō)明該零件能一次拉深成型。
翻孔預(yù)孔尺寸的計(jì)算【6】
可根據(jù)公式
d=D-2(H-0.43r-0.72t)
式中 d——預(yù)孔直徑（mm）；
D——翻孔直徑（mm）；61
H——翻孔高度（mm）；8
t——材料厚度(mm)；1.0
r——翻孔圓角(mm)；4.0
經(jīng)計(jì)算 d=61-2×（8-0.43×4-0.72×1）=49.88,調(diào)整至49.8。
4.2制件排樣圖的設(shè)計(jì)
排樣時(shí)需考慮如下原則：
1） 提高材料利用率（不影響沖件使用性能前提下，還可適當(dāng)改變沖件的形狀）
2） 合理的排樣方法簡(jiǎn)化操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度并且安全。
3） 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)。
4） 保證沖壓件的質(zhì)量過(guò)關(guān)和沖壓件對(duì)板料各方向性的要求。
4.2.1搭邊與料寬
搭邊是值在排樣中相鄰的兩個(gè)零件之間的余料或者是零件與條料邊緣之間的余料。搭邊的作用是用來(lái)補(bǔ)償定位誤差，保持條料具有一定的剛度，以保證零件的加工質(zhì)量和便于進(jìn)料。
搭邊值的選擇要合理，值若太大，會(huì)導(dǎo)致材料利用率低；而值過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致搭邊的強(qiáng)度與剛度不能達(dá)到要求，從而在沖壓時(shí)容易產(chǎn)生翹曲或被拉斷的現(xiàn)象，固然會(huì)增大沖壓件毛刺，有時(shí)候甚至?xí)芜吚肽＞唛g隙，會(huì)造成沖壓力分配不均，損壞模具刃口。因此，搭邊的最小寬度應(yīng)該大于塑性變形區(qū)的寬度，搭邊值一般可取等于材料的厚度。
材料的力學(xué)性能、零件的形狀與尺寸、排樣的形式、進(jìn)料及卸料方式等因素往往也會(huì)影響搭邊值的大小。搭邊值的選擇一般由經(jīng)驗(yàn)確定，如該罩圈材料，根據(jù)所給材料厚度δ=1.0mm，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇搭邊值a1為0.8mm, a為1.0mm。
4.2.2送料步距和條料寬度的確定
1）送料步距 條料在模具上每次送進(jìn)的距離成為送料步距。每次只沖一個(gè)零件的步距S的計(jì)算公式為
S=D+a1
S=120+0.8=120.8mm
式中 D——與進(jìn)料方向水平的的沖壓寬度；
a1——沖壓之間的搭邊值。
2）條料寬度 條料寬度的選取原則：最小條料寬度要保證零件在沖壓時(shí)周邊具有足夠大的搭邊值，最大條料寬度要能夠在進(jìn)行沖壓工序時(shí)順利地在導(dǎo)料板之間送入，并應(yīng)該與導(dǎo)料板之間留有一定的間隙。
當(dāng)用孔定距時(shí)，可按下式計(jì)算
條料寬度 B-Δ=(Dmax+2a)-Δ
=(120+2×1) -0.5 =122-0.5mm
式中 B——條料的寬度（mm）；
Dmax——沖壓件于進(jìn)料方向垂直的最大尺寸（mm）；
a——側(cè)搭邊值；
Δ——條料寬度的單向公差；
剪切條料的寬度偏差Δ=0.5, 可知B=244.5-0.5 。
導(dǎo)料板間距離：B0=B+Cmin=122+0.5=122.5 mm
具體可見(jiàn)排樣圖4-8
圖4-8 排樣圖
4.3材料利用率的計(jì)算
一個(gè)步距內(nèi)的材料利用率η為
η=nF/Bs×100%
η=1×3.14×60×60/122×120.8×100%=76.70%
式中 F——一個(gè)步距內(nèi)的沖壓件面積；
n——一個(gè)步距內(nèi)的沖壓件數(shù)目；
B——條料寬度（mm）；
s——步距；
第五章 確定總沖壓力和選用壓力機(jī)及計(jì)算壓力中心
5.1落料，沖孔力計(jì)算
5.1.1落料力計(jì)算
F=KLδτ 【1】
F1=1.3×3.14×120×1.0×380=186139.2N
=186.139KN
式中 F——沖壓力（N）；
L——沖壓件周邊長(zhǎng)度（mm）；
τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；Q235的是310-380Mpa，
δ——材料厚度(mm)；1.0mm
K——系數(shù)，通常K=1.3；
5.1.2沖孔力計(jì)算
沖孔力計(jì)算
F2=nKLδτ
F2=1×1.3×3.14×49.8×1.0×380=77247.768N
=77.25KN
5.2拉深力計(jì)算
理論計(jì)算拉深力很復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，經(jīng)驗(yàn)公式建立的立足點(diǎn)是，拉深力的數(shù)值應(yīng)略小于拉深件危險(xiǎn)斷面的斷裂力；斷裂與拉深力的比值可以用系數(shù)K表示；K值的大小取決于拉深件的形狀和其變形方式。其數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定。
拉伸力可按下式計(jì)算
P=3.14Kd1tδ
F=3.14×0.72×100×1.0×470=106257.6N
=106.26KN
式中 F——拉伸力（N）；
d1——拉伸直徑（mm）；100mm
τ——材料抗拉強(qiáng)度（MPa）；400-470MPa
t——材料厚度(mm)；1mm
K——修正系數(shù)（查表可得），K=0.72；
5.3翻孔力的計(jì)算
翻孔力一般不大，可按以下公式近似計(jì)算
P=1.1*3.14（D-d）tσ
其中 P——翻孔力（N）；
D——翻孔后的孔徑（mm）；61mm
d——翻孔預(yù)孔的孔徑（mm）；49.8
t——材料厚度（mm）；1mm
σ——材料屈服極限；(MPa)
計(jì)算P=1.1×3.14×（61-49.8）×470=18181.856N
=18.18KN
5.4卸料力、推件力及頂件力的計(jì)算
生產(chǎn)中常用下列公式計(jì)算
F卸=K卸F
=0.045×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.045×387.829=17.4523KN
式中 F——沖壓力；
F卸——卸料系數(shù)
F頂=K頂F
=0.055×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.055×387.829=21.33KN
式中 F——沖壓力；
F頂——頂料系數(shù)
F推=K推F
=0.05×（186.139+77.25+106.26+18.18）
=0.05×387.829=19.39KN
式中 F——沖壓力；
F推——推料系數(shù)
綜上所述，總的沖壓力為,
F總=F+F卸+F頂+F推=387.829+17.45+21.33+19.39=446KN
5.5壓力中心的計(jì)算
采用解析法求壓力中心，
該副模具中，尺寸都是沿X軸Y軸對(duì)稱(chēng)，所以力到X軸和到Y(jié)軸的力臂都是0
根據(jù)合力距定理【2】：
YG=（Y1F1+Y2F2+Y3F3）/（F1+F2+F3）
XG=（X1F1+X2F2+X3F3）/（F1+F2+F3）
所以沖壓力到X軸的力臂大小；YG=0，到Y(jié)軸的力臂大?。籜G=0,故模具的壓力中心為（0，0）。
5.6壓力機(jī)的選用
初步確定壓力機(jī)的型號(hào)：
F公稱(chēng)≥F總
因此選擇壓力機(jī)的型號(hào)為：JD21-100開(kāi)式雙柱固定臺(tái)壓力機(jī)
壓力機(jī)型號(hào)為JD21-100的基本參數(shù)如下表5-1：
表5-1 JD21-100壓力機(jī)的基本參數(shù)
公稱(chēng)壓力/KN
1000
墊板尺寸/mm
孔直徑200
滑塊行程/mm
120
厚度100
滑塊行程次數(shù)/（次/min）
75
模柄孔尺寸/mm
直徑60
深度80
最大封閉高度/mm
400
滑塊底面積尺寸/mm
封閉高度調(diào)節(jié)量
85
滑塊中心線(xiàn)至床身距離/mm
480
床身最大可傾角
工作臺(tái)尺寸/mm
前后600
左右1000
第六章 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算
6.1落料、沖孔凸、凹模刃口尺寸
6.1.1設(shè)計(jì)原則
設(shè)計(jì)落料，修邊模應(yīng)首先確定其凹模刃口尺寸，再以凹模作為基準(zhǔn)，間隙取在凸模之上；設(shè)計(jì)沖孔模則先確定凸模刃口尺寸，然后以凸模為基準(zhǔn)，其間隙取在凹模上。
間隙是影響模具壽命的最主要因素。在沖壓過(guò)程中，凸模與進(jìn)行沖孔的孔之間，凹模和落料件之間的均存在磨檫，又因?yàn)殚g隙越小，產(chǎn)生磨檫越嚴(yán)重?？紤]在實(shí)際的生產(chǎn)中受到其他因素如制造誤差或者裝配精度的影響，凸模垂直于凹模平面幾乎不可能，而且其間隙的分布也不是絕對(duì)，故采用合理的間隙可以使凸模、凹模的側(cè)面與材料間的磨檫大大減小，并緩減由于間隙不均產(chǎn)生的不利影響，這樣就很大層度上提高了模具的使用壽命。
沖壓間隙對(duì)沖壓力的影響：
雖然沖壓力隨著沖壓間隙的增大相應(yīng)的有所減小，但是當(dāng)單邊間隙大小值介于材料厚度的 5%~20%范圍時(shí)，沖壓力的減小會(huì)顯的并不明顯（僅降低約5%~10%左右）。因此，在正常情況下，沖壓間隙對(duì)沖壓力的值的影響不是很明顯。
沖壓間隙對(duì)卸料力、頂件力的影響：
間隙對(duì)卸料力、頂件力的影響較為顯著。隨著間隙增大，從凸模上卸料、從凸?？卓谥型瞥隽慵紝⒈容^省力。一般當(dāng)零件的單邊間隙值增大到材料厚度的約15%~25%左右時(shí)卸料力幾乎減到零。
沖壓間隙對(duì)尺寸精度的影響：
在沖壓過(guò)程中，沖壓間隙對(duì)沖壓件的尺寸精度的影響規(guī)律在對(duì)于沖孔和切邊是不同的，并且與零件的材料有關(guān)。但總的趨向是尺寸精度會(huì)隨著材料厚度增加而減少。
通過(guò)上述分析可以看出，沖壓間隙對(duì)截面質(zhì)量、模具使用壽命、沖壓力、卸料力、頂件力以及沖壓件尺寸精度的影響規(guī)律是不同的。因此，絕對(duì)合理的間隙數(shù)值是不存在的，不能能同時(shí)滿(mǎn)足截面質(zhì)量最佳，尺寸精度最高，沖壓模具使用壽命最長(zhǎng)，沖壓力、卸料力、頂件力最小等各方面的要求。在實(shí)際的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，選擇間隙主要考慮要沖壓件斷面質(zhì)量和模具使用壽命這兩個(gè)主要方面。然而很多研究結(jié)果表明，在能夠保證良好的沖壓件斷面質(zhì)量的情況下，與可以獲得較高的模具使用壽命的間隙數(shù)值也是不同的。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)所生產(chǎn)的沖壓件斷面質(zhì)量要求比較高時(shí)，應(yīng)選取小一點(diǎn)的間隙值，而當(dāng)對(duì)沖壓件斷面的質(zhì)量要求較低時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)選擇較大間隙值以便于提高沖模的使用壽命。
根據(jù)使用過(guò)程中模具的磨損規(guī)律，在設(shè)計(jì)落料模時(shí)，落料凹模的基本尺寸應(yīng)接近或等于沖壓件的最小極限尺寸；在沖孔模具設(shè)計(jì)時(shí)，沖孔凸模的基本尺寸則應(yīng)接近或等于沖孔件的最大極限尺寸。根據(jù)沖壓件的精度和模具可能磨損程度，凸模、凹模磨損范圍應(yīng)在0.5-1.0之間。磨損量可用Δx表示，其中Δ表示沖件的公差值，x則為其磨損系數(shù)，取值可在0.5-1.0之間，與沖壓件的制造精度有關(guān)，查閱相關(guān)文檔，可按下列關(guān)系選取：零件精度IT10以上 取X=1; 零件精度IT11- IT13 取X=0.75; 零件精度IT14 取X=0.5 。
不管落料工序還是沖孔工序，沖壓間隙值大小應(yīng)采用最小合理間隙值（Zmin）。在選擇模具制造公差時(shí)，一般情況下沖模精度應(yīng)較零件高3-4級(jí)。而對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的圓形、方形刃口，其模具制造偏差可根據(jù)IT6- IT7級(jí)來(lái)選?。粚?duì)于形狀較為復(fù)雜的刃口尺寸的制造偏差可按相應(yīng)的零件部位公差值的1/4來(lái)選??；對(duì)于在刃口尺寸磨損后基本無(wú)變化的制造偏差值則可按沖壓件相應(yīng)部位的公差值的1/8并冠以（±）來(lái)選??；若零件圖紙沒(méi)有標(biāo)注公差，則一般可按IT14級(jí)取值。
零件的尺寸公差和沖模刃口尺寸制造偏差應(yīng)遵循“入體”原則來(lái)標(biāo)注單向公差，即：落料件的上偏差為零，只標(biāo)注下偏差；沖孔件下偏差的為零，只標(biāo)注上偏差。如果零件公差是根據(jù)雙向偏差來(lái)標(biāo)注的，則換成單向標(biāo)注。
6.1.2凸模和凹模具配合加工
所謂的配合加工方法，就是先按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工出凹?；蛑鼓Ｒ粋€(gè)，然后再依此為基準(zhǔn)再選用最小合理的間隙配做另一件。采用這種方比較易于保證沖壓間隙大小，而且能夠放大基準(zhǔn)件公差，從而避免了檢驗(yàn)δd+δp≤Zmax-Zmin 。與此同時(shí)還能一定的簡(jiǎn)化在設(shè)計(jì)模具時(shí)的繪圖工作?，F(xiàn)階段在工廠在實(shí)際中生產(chǎn)單件的模具或沖壓加工復(fù)雜形狀的模具時(shí)，往往采取配合加工來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)制造。
沖孔凸模尺寸和落料凹模尺寸大小可依據(jù)下列公式計(jì)算【9】：
沖孔時(shí) dp=(dmin+XΔ)-δp
落料時(shí) Dp=(Dmax-XΔ -Zmin)-δp
式中 Dp dp——分別為落料和沖孔凸模的刃口尺寸（mm）；
Dmax ——為落料件的最大極限尺寸（mm）；
dmin——為沖孔件的最小極限尺寸（mm）；
Δ——工件公差；
Δp——凸模的制造公差，查表通常取δp=Δ/4；
Lp——凸模中心距尺寸（mm）；
Zmin——最小沖壓間隙（mm）；
落料凹模尺寸：Aj1=(Amax-XΔ)- Δ
=120.2-0.5×0.4=240.5-0.02 0;
落料凸模尺寸：Ah1=(Amax-2Z)+ Δ
=120-2×0.06=119.880 +0.02;
沖孔凸模尺寸： Bj=(Amin+XΔ)- Δ/4
=49.7+0.5×0.2=49.80 +0.02;
沖孔凹模尺寸： Bh=(Amin+2Z)- Δ/4
=49.8+2×0.06=49.92-0.02 0;
6.2拉深模
凸模和凹模的圓角半徑對(duì)拉深工作影響比較大。板料經(jīng)過(guò)凹模圓角進(jìn)入凹模時(shí)，會(huì)受到彎曲和摩擦的作用，若凹模圓角半徑較小，則會(huì)導(dǎo)致徑向拉力增大，易使拉深件表面劃傷或著產(chǎn)生斷裂；若過(guò)大，則壓邊面積小，從而懸空增大，易起內(nèi)皺。所以，凹模的圓角半徑應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選取合理的值。具體數(shù)值可以查表可得。
拉深的凸凹模之間的間隙對(duì)拉深力、制件的質(zhì)量、模具使用壽命等都有一定影響。若間隙過(guò)大，則容易起皺，導(dǎo)致制件有錐度，尺寸精度差；又間隙過(guò)小，會(huì)增加摩擦，導(dǎo)致之間邊緣變薄，甚至?xí)?。因此，合理地下面其凸模和凹模間的間隙值是非常重要的環(huán)節(jié)。
由于拉深模間隙是單面間隙，就是凹模和凸模的直徑之差的一半。
本次設(shè)計(jì)的復(fù)合模具結(jié)構(gòu)是有壓邊圈的，所以在選擇間隙時(shí)能夠直接查表求的，又拉深一次成型，所以查閱相關(guān)資料可知可知間隙大小為(1-1.1t)，t表示材料厚度。
凸、凹模的工作部分尺寸確定，出與對(duì)模具磨損和拉深模具的間隙、尺寸公差在最后一道工序考慮，而且本次設(shè)計(jì)只有一道拉深，所以本次模具設(shè)計(jì)的間隙選擇為1.1t。
1）、制件標(biāo)注外形尺寸
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.5Δ）
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.5Δ–Z）
2）、制件標(biāo)注內(nèi)尺寸
凸模尺寸為
Lp=（Lmin +0.5Δ）
凹模尺寸為
Ld=（Lp+0.5Δ+Z）
其中 L—拉伸件的外形或內(nèi)尺寸
Δ—拉伸件的尺寸偏差
Ld—拉伸凹模的基本尺寸
Lp—拉伸凸模的基本尺寸
Z—凸凹模雙面間隙
具體計(jì)算如下，制件標(biāo)注外形尺寸，按此公式計(jì)算
凹模尺寸為
Ld=（Lmax–0.75Δ）
=100
凸模尺寸為
Lp=（Ld–0.75Δ–Z）
=97.8
凸、凹模工作表面粗造度要求：凹模工作表面和型腔表面粗造度應(yīng)達(dá)到0.8；圓角處的表面粗造度一般要求0.4；凸模工作部分表面粗造度一般要求0.8-1.6。
6.3翻孔模尺寸計(jì)算方法
利用模具把板料上的孔緣或者是外緣翻成豎邊的沖壓加工方法叫做翻孔和翻邊，這是沖壓加工常用的加工方法。使用比較廣泛。
本次設(shè)計(jì)為內(nèi)孔翻邊設(shè)計(jì)，也叫翻孔，主要的變形是坯料受切向和徑向拉伸，越接近預(yù)孔邊緣變形越大。因此，圓孔翻邊的失敗往往是邊緣拉裂，拉裂與否取決于拉伸變形的大小，圓孔拉伸的變形程度用翻孔前預(yù)孔直徑d與翻孔后的平均直徑D的比值K表示。
K=d /D
K為翻邊系數(shù)，顯然，K值越小，變形程度越大，圓孔翻邊時(shí)孔邊瀕臨破壞的翻邊系數(shù)，稱(chēng)為最小翻邊系數(shù)。（也叫極限翻邊系數(shù)）
最小翻邊系數(shù)的大小，主要取決于材料的塑性，預(yù)孔的表面質(zhì)量和硬化程度，材料的相對(duì)厚度、凸模工作部分的形狀等因素。
本次設(shè)計(jì)的材料是Q235，厚度為1.0，屬于軟鋼，查表得極限翻邊系數(shù)為0.65-0.68，而實(shí)際計(jì)算K=49.8/61=0.8164，由于0.8164＞0.68，所以能一次翻孔。
第七章 模具整體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)
圖7-1 最后總裝圖
如圖7-1所示，工作時(shí)，將條料送入導(dǎo)料板12內(nèi)，壓力機(jī)滑塊下行，凸凹模14與凹模11落下圓片?；瑝K再下行，凸凹模14與拉深凸模7開(kāi)始進(jìn)行拉深，與此同時(shí)，沖孔凸模9與小凸凹模26沖出內(nèi)孔并與拉伸凸模7進(jìn)行翻孔，同時(shí)完成兩個(gè)工序。
沖床滑塊上行，上下頂料銷(xiāo)10和24將沖孔的廢料頂出，下模頂料塊6通過(guò)小型氮?dú)飧祝敵霎a(chǎn)品，同時(shí)完成拉伸和翻孔工序。
為了保證沖孔翻邊等工序的正常進(jìn)行，拉深凸模應(yīng)低于落料凹模上平面1.5~2mm。本模具生產(chǎn)效率雖高。但刃口部分進(jìn)入凹模較長(zhǎng)，容易磨鈍，模具制造和修理也較復(fù)雜。
凸模，沖頭，凹模材料，因制件形狀簡(jiǎn)單，總體尺寸不大，選用整體式圓形凹模較為合理，選用Cr12MoV為凸模，凹模材料。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，考慮到模具結(jié)構(gòu)，凹模內(nèi)腔空間比較小，只能采用打料結(jié)構(gòu)，剛性卸料。
7.1凹模周界
由《冷沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)》得出凹模周界的計(jì)算公式（3.46）、
厚度H=Kd（≥15mm）
式中：d——沖壓件的最大外形尺寸，d1=120,
K——系數(shù)，查表得K=0.36
則 H1=0.36×120=43.2mm
凹模壁厚c=（1.0~1.5）H（≥30~40mm）=43.2-64.8
最小D=206.4mm，最大D=249.6mm，由《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表，凹模標(biāo)準(zhǔn)可查到較為靠近的凹模周界尺寸為φ250。
其零件參數(shù)如下表7-1所示：
表7-1 凹模零件參數(shù)
凹模周界
配用模架閉合高度H
孔距尺寸
最小
最大
φ250×55
220
260
零件名稱(chēng)及標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)
上墊板
凹模
固定板
φ240×10
φ250×55
φ250×18
圓柱銷(xiāo)
卸料螺釘
螺釘
螺釘
圓柱銷(xiāo)
φ10×80
M8×60
M10×80
M10×50
φ8×40
由凹模周界尺寸及模架閉合高度在220~260mm之間，查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，上模座480×330×40，下模座480×330×50，導(dǎo)柱35×140，45×140，導(dǎo)套50×80×60，導(dǎo)套55×80×60。
第八章 模具的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
8.1落料凹模的設(shè)計(jì)
材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC
（如圖8-1）
圖8-1 落料凹模
8.2沖孔凸模的設(shè)計(jì)
材料Cr12MoV，硬度：58～62HRC
（如圖8-2）
圖8-2 沖孔凸模
8.3拉深凸模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HR（如圖8-3）
圖8-3 拉深凸模
8.4沖翻孔凸凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-4）
圖8-4 沖翻孔凸凹模
8.5凸凹模的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-5）
圖8-5 凸凹模
8.6頂料快的設(shè)計(jì)
材料：Cr12Mov
硬度：55～58HRC
形狀結(jié)構(gòu)： （如圖8-6）
圖8-6 頂料塊
結(jié)束語(yǔ)
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)完沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，模具制造工藝和大部分專(zhuān)業(yè)課并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這次設(shè)計(jì)使我能夠綜合運(yùn)用沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)中的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)中所學(xué)的新知識(shí)、獨(dú)立分析和解決工藝問(wèn)題，初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的冷沖壓模具的能力。通過(guò)分析，擬定設(shè)計(jì)方案，完成模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列復(fù)雜工作，最終完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我初步具備了設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的沖壓模具的工藝規(guī)程和掌握運(yùn)用模具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，同時(shí)也學(xué)會(huì)了熟練運(yùn)用有關(guān)參考資料，圖表等基本技能，增強(qiáng)了自我的讀圖和繪圖能力，從而使我在能力方面又提高了一個(gè)臺(tái)階，為今后從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。
致 謝
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)的支持，想完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)難以想象的。在這里，我要感謝我的導(dǎo)師閻長(zhǎng)罡老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)的榜樣，給我起到了指明燈的作用，他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，讓我很很快進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)的狀態(tài)。其次我要感謝同學(xué)對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，有你們的幫助，你們的鼓勵(lì)與支持，我才能那么順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
四年前，懷著對(duì)大學(xué)的崇敬之情我來(lái)到了大連交通大學(xué)，畢業(yè)在即，四年的求學(xué)生涯歷歷在目，清晰地記得剛開(kāi)始接觸專(zhuān)業(yè)課，聽(tīng)著晦澀的專(zhuān)業(yè)名詞，才知道自己的知識(shí)是多么的淺陋，依然清晰的記得第一次實(shí)訓(xùn)鉗工實(shí)訓(xùn)，拿著從來(lái)沒(méi)碰過(guò)的銼刀挫鐵，才知道學(xué)模具的辛苦，也知道前方有著更多的艱辛等著我去挑戰(zhàn)。
感謝所有的老師們，謝謝你們四年孜孜不倦的教誨，讓我學(xué)到了很多知識(shí)的同時(shí)更學(xué)會(huì)了如何做人，感謝四年陪我一起走過(guò)的同學(xué)們和舍友們，謝謝你們四年來(lái)的包容和鼓勵(lì)，未來(lái)的路我會(huì)堅(jiān)強(qiáng)勇敢地走下去。
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大連交通大學(xué)2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)習(xí)（調(diào)研）報(bào)告