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1、1 引言11.1 概述11.2 冲压技术的进步21.3 模具的发展与现状21.4 模具CAD/CAE/CAM技术31.5 课题的主要特点及意义42 确定冲压工艺方案和模具结构形式确定52.1 分析零件的冲压工艺性52.2 确定零件的冲压工艺方案62.2确定模具结构形式73 冲裁部分83.1 弯曲件展开尺寸计算83.2 排样93.2.1 排样、确定条料宽度及步距确定83.2.2 材料利用率93.3 冲裁件的冲裁力和初选设备103.3.1 冲裁力计算93.3.2 压力中心计算与确定113.3.3 卸料方式及卸料力计算123.3.4 初选压力机123.4 冲裁刃口尺寸计算133.5 冲裁模具外形尺寸
2、确定193.5.1 凹模的设计193.5.2 冲孔凸模的设计203.5.3 凸凹模的设计213.6 选择模架及其它零件223.7 校核冲压设备基本参数224 弯曲部分244.1弯曲卸载后的回弹244.1.1 影响回弹的因素234.2.2 回弹值的确定234.1.3 控制回弹的措施244.2 最小相对弯曲半径264.3 弯曲力的计算274.4 “U”形件弯曲模结构设计284.5 弯曲模主要工作零件的结构参数确定294.5 选择模架及其它零件314.5.2 弯曲凸模和凹模的圆角半径284.5.2 凹模工作部分深度284.6 卸料方式及卸料机构324.7 设备参数校核33参考文献36致谢371 引言
3、1.1 概述冲压成形作为现代工业中一种十分重要的加工方法，用以生产各种板料零件,具有很多独特的优势，其成形件具有自重轻、刚度大、强度高、互换性好、成本低、生产过程便于实现机械自动化及生产效率高等优点，是一种其它加工方法所不能相比和不可替代的先进制造技术，在制造业中具有很强的竞争力，被广泛应用于汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活的生产之中。在吸收了力学、数学、金属材料学、机械科学以及控制、计算机技术等方面的知识后，已经形成了冲压学科的成形基本理论。以冲压产品为龙头，以模具为中心，结合现代先进技术的应用，在产品的巨大市场需求刺激和推动下，冲压成形技术在国民经济发展、实现现代化和提
4、高人民生活水平方面发挥着越来越重要的作用。1.2 冲压技术的进步近几十年来，冲压技术有了飞速的发展，它不仅表现在许多新工艺与新技术在生产的广泛应用上，如：旋压成形、软模具成形、高能率成形等，更重要的是人们对冲压技术的认识与掌握的程度有了质的飞跃。现代冲压生产是一种大规模继续作业的制造方式，由于高新技术的参与和介入，冲压生产方式由初期的手工操作逐步进化为集成制造（图1-1）。生产过程逐步实现机械化、自动化、并且正在向智能化、集成化的方向发展。实现自动化冲压作业，体现安全、高效、节材等优点，已经是冲压生产的发展方向。 图1-1 冲压作业方式的进化冲压自动化生产的实现使冲压制造的概念有了本质的飞跃。
5、结合现代技术信息系统和现代化管理信息系统的成果，由这三方面组合又形成现代冲压新的生产模式计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）。把产品概念形成、设计、开发、生产、销售、售后服务全过程通过计算机等技术融为一体，将会给冲压制造业带来更好的经济效益，使现代冲压技术水平提高到一个新的高度。1.3 模具的发展与现状模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，
6、技术要求也越来越高。目前我国模具工业的发展步伐日益加快，产品发展重点主要应表现在 ：（1）汽车覆盖件模；（2）精密冲模；（3）大型及精密塑料模；（4）主要模具标准件；（5）其它高技术含量的模具。目前我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，其中，冲压模占模具总量的40%以上，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本等发达国家相比还存在相当大的差距。以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。轿车覆盖件模具设计和制造难度大，质量和精度要求高，代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大
7、步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，以国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，存在一定差距。1.4 模具CAD/CAE/CAM技术冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。20世纪60年代初期，国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。通过以计算机为主要技术手段，以数学模型为中心，采用人机互相结合、各尽所长的方式，把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一
8、个有机整体，使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。模具CAD/CAE/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。模具CAD/CAE/CAM在近20年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具CAD/CAE/CAM技术发展速度更快，应
9、用范围更广。在级进模CAD/CAE/CAM发展应用方面，本世纪初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II（现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入市场。与此同时，新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。我国从上世纪90年代开始，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD
10、/CAM系统的研究和开发。如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC，包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CAD系统等。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列，如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD、富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CAD系统Fox-CAD等4。展望国内外模具CAD/C
11、AE/CAM技术的发展，本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快，学科领域交叉之广前所未见。今后10年新一代模具CAD/CAE/CAM系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。主要表现在：（1）模具CAD/CAM的专业化程度不断提高；（2）基于网络的CAD/CAE/CAM一体化系统结构初见端倪；（3）模具CAD/CAE/CAM的智能化引人注目；（4）与先进制造技术的结合日益紧密。1
12、.5 课题的主要特点及意义零件冲压工艺规程是模具设计的依据,而良好的模具结构设计又是实现工艺过程的可靠保证,若冲压工艺有所改动,往往会造成模具的返工,甚至报废,冲裁同样的零件,通常可以采用几种不同方法,工艺过程设计的中心就是依据技术上先进,经济上合理,生产上高效,使用上安全可靠的原则,使用上安全可靠的原则,使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下达到最佳的技术效果和经济效益。本课题旨在针对具体的零件，分析、选择冲压工艺方案，并结合三维设计软件得到最终模具设计流程以及三维图。 2 确定冲压工艺方案和模具结构形式确定资料准备：1、材料：08F钢2、材料厚度：1.5mm3、生产批量：5万件
13、4、设备情况：一般工业制造常见设备。5、产品图：如下所示。2.1 分析零件的冲压工艺性冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构工艺性、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度以及冲裁件的尺寸标注。冲裁件的结构工艺性：a.冲裁件的形状应力求简单、对称，尽可能采用圆形或矩形等规则形状，应避免过长的悬臂和窄槽。b.冲裁件的外形和内形的转角处要避免尖角，应以圆弧过渡，以便于模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处的开裂。同时也可以防止尖角部位的刃口磨损过快而影响模具寿命。c.冲孔时,由于受凸模的强度限制，孔的尺寸不能太小，其数值与孔的形状、板厚t以及材料的力学性能有关。本课题所涉及的零件初定尺寸406020。孔径初定为=5
14、mm.冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度：冲裁件的尺寸精度可以分为精密级和经济级两类。由于电器外壳属于非精密零件，对尺寸精度要求不高，一般冲压生产设备可以满足要求。本零件所选材料08F钢，08钢具有低硬度，高塑形的特点，具有良好的冲压性能，因此适合用冲压生产。2.2 确定零件的冲压工艺方案 根据材料的变形特点分：分离工序、成形工序。 本课题零件电器外壳包括了两种成形工序，既有分离，也有成形。在此强调一下两种变形方式的力学特点：成形工序要求在成形时，变形材料内部应力超过屈服极限但未达到强度极限，材料只产生塑形变形；而分离工序要求材料内部应力超过强度极限以使材料发生断裂分离，从而成形零件。很显然，本课题
15、包括冲孔、落料、弯曲三种冲压成形方式。冲压模具形式多种多样，按工序组合程度分为一下三类：1. 单工序模，即在一副模具中只完成一种工序，如落料，冲孔，切边等。单工序模一般由一个凸模和一个凹模洞口组成，也可以是多个凸模和多个凹模洞口组成。2. 复合模，即在压力机的一次行程中，在一副模具的同一位置上完成多道冲压工序，如冲孔落料、落料弯曲等复合方式，压力机一次行程一般得到一个冲压件。3. 级进模（俗称连续模），即在压力机的一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序，级进模所完成的同一零件的不同冲压工序是按照一定顺序、相隔一定进距排列在模具的送料方向上的，压力机的一次行程得到一个或者数个冲压件。针对“电器外壳”这个冲压件的结构外形及变形特点，该零件包含了落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可选变形方案如下： 方案一：落料冲孔弯曲，采用三套单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合弯曲，采用两套复合模生产。 方案三：冲孔
