底座沖壓成型工藝及模具設計11緒論目前，我國沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當?shù)穆浜螅饕蚴俏覈跊_壓基礎理論及成形工藝、模具標準化、模具設計、模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我過模具在壽命、效率、加工精度、生產(chǎn)周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，沖壓產(chǎn)品生產(chǎn)正呈現(xiàn)多品種、少批量，復雜大型、精密，更新?lián)Q代速度快等變化特點，沖壓模具正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。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。近年來許多模具企業(yè)因此加大了用于技術進步的投資力度，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等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow等CAE軟件，并成功應用于沖壓模的設計中1.1國內(nèi)沖壓模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢沖壓模具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國沖壓模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。雖然中國沖壓模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應求，其主要缺口集中于精密、大型、復雜、長壽命模具領域。由于在沖壓模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。中國沖壓模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術發(fā)展水平的提高。結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，主要是企業(yè)結(jié)構(gòu)向?qū)I(yè)化調(diào)整，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向著中高檔模具發(fā)展，向進出口結(jié)構(gòu)的改進，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結(jié)構(gòu)改進、多功能復合模具和復合加工及激光技術在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術、信息化方向發(fā)展。近年，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計2迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家許多。當前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）總量供不應求國內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。（2）企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)均不合理我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”。國內(nèi)大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進出口之比為3.71，進出口相抵后的凈進口額達13.2億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。（3）模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。（4）開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳我國模具企業(yè)技術人員比例低，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)達國家大多是1520萬美元，有的高達2530萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(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。造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機制不能適應市場經(jīng)濟之外，還有下列幾個原因：（5）國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。底座沖壓成型工藝及模具設計3目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負過重。模具企業(yè)進行技術改造引進設備要繳納相當數(shù)量的稅金，影響技術進步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。（6）人才嚴重不足，科研開發(fā)及技術攻關投入太少模具行業(yè)是技術、資金、勞動密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進步和技術的發(fā)展，掌握并且熟練運用新技術的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術攻關重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術攻關方面投入太少，致使模具技術發(fā)展步伐不大，進展不快。（7）工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低近年來我國機床行業(yè)進步較快，已能提供比較成套的高精度加工設備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進許多國外先進設備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進設備不配套，設備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。（8）專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協(xié)作能力差由于長期以來受“大而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細致，商品化程度低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務。模具標準化水平低，模具標準件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。（9）模具材料及模具相關技術落后模具材料性能、質(zhì)量和品種問題往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設備性能差，也直接影響模具水平的提高?！?】近十多年來，隨著對發(fā)展先進制造技術的重要性獲得前所未有的共識，沖壓成形技術無論在深度和廣度上都取得了前所未有的進展，其特征是與高新技術結(jié)合，在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計算機技術、信息技術、現(xiàn)代測控技術等沖壓領域的滲透與交叉融合，推動了先進沖壓成形技術的形成和發(fā)展。許多模河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計4具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、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，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具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。3雖然中國沖壓模具工業(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)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術的普及率不高；許多先進的模具技術應用不夠廣泛等等，致使相當一部分大型、精密、復雜和長壽命模具依賴進口。底座沖壓成型工藝及模具設計52沖孔落料復合模工件名稱：底座生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)材料：20厚度：0.5mm工件簡圖:如圖1所示2.1工藝分析該零件形狀簡單，對稱，是有圓和直線組成的。沖裁件內(nèi)外形所能達到的經(jīng)濟精度為IT1114，孔中心與邊緣距離尺寸公差為1mm.將以上精度與零件的精度要求相比較，可認河南機電高等專科學校畢業(yè)設計6為該零件的精度要求能夠在沖裁加工中得到保證，其他尺寸標注、生產(chǎn)批量等情況，也均符合沖裁的要求，故決定采用沖壓方式可以得到?jīng)_孔落料件，然后進行彎曲得到制件。此工件屬于U型彎曲，彎曲模沒有固定的結(jié)構(gòu)形式，有可能設計的很簡單，也可能設計的很復雜，這需要根據(jù)工件的材料性能、形狀、精度要求和產(chǎn)量進行綜合分析，確定的模具的結(jié)構(gòu)形式。本工件中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件公差的等級時均按IT14級要求，故此件形狀、尺寸、精度均滿足彎曲工藝要求，可采用彎曲工序加工。2.1.1制件的總體分析圖示零件材料為Q235號鋼板，能夠進行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。由工件圖可知：該工件既有沖孔落料又有彎曲，但工件上的的孔、槽是對稱的，總的來說加工起來是容易的。由以上分析可知，圖示零件具有比較好的沖壓工藝性，適合沖壓生產(chǎn)。2.1.2制件的外形分析制件形狀簡單對稱，有利于沖壓加工。2.2沖壓工藝方案的確定該零件包括沖孔落料和彎曲三個基本工序，可以有三種工藝方案。方案一：先沖孔，后落料，最后彎曲，采用三道工序模進行生產(chǎn)。方案二：沖孔落料，最后彎曲。采用兩道工序模具進行生產(chǎn)。方案三：沖孔落料-彎曲級進沖壓成形。采用級進模生產(chǎn)。方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要三道工序三副模具，成本高而生產(chǎn)效率低，難以滿足生產(chǎn)批量要求。方案二只需兩副模具，首先使用一套模具進行沖孔落料生產(chǎn)，然后再使用一套彎曲模具完成最后一道彎曲成形制件。工件的精度及生產(chǎn)效率都高，易于批量生產(chǎn)，接近凸凹模的許用最小壁厚，見表2.9.6【6】模具強度較好制造難度小，并且沖壓后成品件留在模具上，在清理模具上的物料時，操作較方便，最后的一道彎曲將制件徹底成型使其滿足要求。方案三只需要一副模具，生產(chǎn)效率高，但操作不方便，送料速度較快，通過對上述三種方案的分析比較，底座沖壓成型工藝及模具設計7該件選擇第二種方案較為合適。沖壓生產(chǎn)采用該方案為最佳。在此，首先通過使用一套沖孔落料正裝復合模對下好的坯料板進行沖孔落料，形成下圖2所示的半成品坯料，然后將其作為半成品坯料再用一套彎曲模對其進行一次彎曲成形，達到制件要求形狀如圖1所示。圖2半成品坯料2.3必要的工藝計算2.3.1排樣設計與計算設計復合模時，首先要設計條料排樣圖。根據(jù)工件的形狀選擇有廢料排樣，且為直排的形式，雖然材料的利用率低于少廢料和無廢料排樣，但工件的精度高，且易于保證工件外形的圓角。2.3.2確定搭邊與搭肩值為了確保沖裁件質(zhì)量，排樣中各工件與料邊之間、工件與工件之間留下的余量，稱為搭邊。在此處的搭邊值是根據(jù)課本表2.9取得工件間a1=2.0m