1、本科畢業論文*件修邊沖孔工藝（二）及三維模具設計* pieces trimming punching process and three-dimensional mold design 專 業：材料成型及控制工程 摘要 自從進入20世紀以來，我們國家的汽車制造業就迅速膨脹起來，從上海大眾到廣東東風，從通用汽車到天津吉利，從釀酒到進軍汽車模具產業的四川五糧液集團，掀起一股涉及行業內由大型卡車到小型汽車生產的調整，老牌汽車基礎上出現新的產業競爭，跨行業的進入性競爭，形勢一片大好。 板料沖壓成形以其生產效率高、操作簡單、容易實現機械化和自動化處理過程，適合成批生產；在材料消耗不多的情況下，可以獲得強

2、度高、剛度大、而重量輕的零件；可得到其它加工方法難以實現的或無法加工的復雜形狀零件。這些特點符合了汽車制造業面對市場挑戰的要求，因此在汽車制造業中被廣泛應用。本文是關于汽車變速器加強板的沖壓工藝及模具設計，從工件的尺寸特點，材料性能，沖壓的工藝性從而確定模具設計的工藝方案。重點分析了修邊及沖孔的工藝性。重點介紹了模具尺寸的確定、成形力計算、沖壓設備的選擇和模具結構的設計、各種標準件的選用以及模具材料的選用等。運用cad，catia軟件對模具進行三維設計、虛擬裝配，模擬沖壓模具的工作過程。關鍵詞:冷沖壓；模具；高強鋼；三維設計、虛擬裝配abstract since entering since

3、the 20th century, our country's car industry is quickly swell, from shanghai volkswagen to guangdong dongfeng, from gm to tianjin giovanni cobolli gigli, from brewing into auto mould industry to the sichuan wu liang ye group, starting a shares involves by large trucks in the industry to small ca

4、r production adjustment, based on old car appeared new industry competition, cross-industry into sexual competition, the situation is excellent. sheet metal stamping with its high production efficiency, simple operation, easy to realize mechanization and automation process, suitable for mass product

5、ion; few in material consumption, it can get high intensity, stiffness big, and lightweight parts; other processing methods available difficult-to-achieve or unable to processing complex shape parts. these characteristics to meet the challenges facing the market of auto manufacturing requirements, s

6、o in automobile manufacturing industry has been widely used. this paper is about the auto transmission reinforcing plate stamping technology and die design, from size of workpiece material properties, stamping characteristics, the technology of mould design to determine the process scheme. mainly an

7、alyzed the technology of trimming and punching. mainly introduces mold size determine, forming force calculation, stamping equipment selection and mold structure design, all kinds of standard selection and material selection of mould etc. using catia software to mold cad, three-dimensional design, v

8、irtual assembling, simulation stamping die working process.key words：cold stamping; mould; three-dimensional design;virtual assembly;trixiality目錄前言1第一章 緒論31.1 引言31.2冷沖壓技術的現狀及發展31.2.1模具的發展現狀31.2.2沖壓的概念、特點及應用51.2.3.沖壓技術的發展趨勢61.3選題意義及主要研究內容81.3.1 選題意義81.3.2 主要研究（設計內容）91.4 發展趨勢與研究的主攻方向111.4.1 國內外發展趨勢111

9、.4.2 發展趨勢主要表現12第二章 設計任務及設計方案分析152.1 零件的分析152.1.1設計內容152.1.2擬解決的主要問題182.2 設計方案及分析192.2.1沖裁加工原理192.3零件沖裁工藝分析202.3.1 沖裁件最小孔間距的校核222.3.2 沖裁件最小孔邊距的校核222.3.3對零件精度的分析222.4擬訂工藝方案222.4.1基本工藝方案確定222.4.2 模具形式與結構比較242.4.3 模具總體設計25第三章 模具設計計算293.1基本尺寸計算293.1.1毛坯尺寸293.1.2計算材料利用率293.2沖壓力的計算293.2.1沖裁力的計算293.2.2推件力、頂

10、件力、卸料力、的計算303.3模具壓力中心的確定313.4工作零件刃口尺寸計算313.4.1沖裁間隙分析313.4.2落料沖孔凹、凸模刃口尺寸計算33第四章 主要零部件設計354.1模架的選用354.2沖孔凸模354.3沖孔凹模364.4卸料部件的設計374.4.1卸料件的設計374.4.2卸料螺釘的選用384.5導向裝置的選用394.5.1導柱的選用394.5.2導套的選用404.6頂件裝置的選用414.7壓力機的選擇434.8緊固件的選擇44第五章 修邊沖孔模具cad建模裝配及虛擬裝配仿真475.1 cad平臺簡介475.1.1 catia功能模塊簡介475.1.2 catia系統特點50

11、5.1.3 catia應用領域525.2計算機輔助設計建模方法535.2.1 產品設計建模流程及發展535.2.2 幾何實體建模方法要點545.3 修邊沖孔模具實體模型建模過程565.3.1.依據二維圖紙建立零件的理論模型565.3.2 修邊沖孔模具組件模型565.4 修邊沖孔模具虛擬裝配615.4.2 基于catia的虛擬裝配基本過程625.5 修邊沖孔模具電子樣機運動仿真645.5.1電子樣機技術簡介645.5.2 左右連接板沖孔落料模裝配仿真過程665.6 設計并繪制模具總裝圖69第六章 結論與展望736.1 論文主要工作結論736.2 對今后工作的展望73致 謝75參考文獻77前言 自

12、從進入20世紀以來，我們國家的汽車制造業就迅速膨脹起來，從上海大眾到廣東東風，從通用汽車到天津吉利，從釀酒到進軍汽車模具產業的四川五糧液集團，掀起一股涉及行業內由大型卡車到小型汽車生產的調整，老牌汽車基礎上出現新的產業競爭，跨行業的進入性競爭，形勢一片大好。 板料沖壓成形以其生產效率高、操作簡單、容易實現機械化和自動化處理過程，適合成批生產；零件表面光潔、美觀、尺寸精度穩定、互換性好、成本底；在材料消耗不多的情況下，可以獲得強度高、剛度大、而重量輕的零件；可得到其它加工方法難以實現的或無法加工的復雜形狀零件。這些特點符合了汽車制造業面對市場挑戰的要求，因此在汽車制造業中被廣泛應用。 基于沖壓模

13、具加工具有以上的特點，聯系本次設計，又由于汽車變速器加強板是薄板料的成型件，可引入沖壓模具來進行加工，故可采用連續沖壓技術和采用復合模進行加工。在保證沖裁和拉深質量的條件下，可以提高加工的效率。能達到“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求。然而，由于模具的設備較龐大，能耗高，目前的模具設計到制造出成套的模具的周期還較長，故不利于模具的更新換代。所以采用如此加工辦法來加工，應該考慮的沖壓件的批量的大小，由于汽車變速器加強板是汽車上的零件，屬于大批量的生產，所以值得設計一套沖壓模具。本次設計立足于基礎知識的應用和面向應用性的一個創新設計，從我們國家現有的工業技術狀況和標準，經過計算

14、后對實現汽車變速器加強板的沖壓加工的整套模具進行結構設計，并對其進行裝配，并進行相應分析，實現了對大批量汽車變速器加強板的模具設計。運用了cad 畫圖軟件對裝配圖繪畫和對重要零件工程圖繪畫，節約了手工繪圖的時間，提高了制圖效率，縮短模具制造時間。第一章 緒論1.1 引言 沖壓模具在實際工業生產中應用廣泛。在傳統的工業生產中，工人生產的勞動強度大、勞動量大，嚴重影響生產效率的提高。隨著當今科技的發展， 工業生產中模具的使用已經越來越引起人們的重視，而被大量應用到工業生產中來。沖壓模具的自動送料技術也投入到實際的生產中，沖壓模具可以大大的提高勞動生產效率，減輕工人負擔，具有重要的技術進步

15、意義和經濟價值。1.2冷沖壓技術的現狀及發展1.2.1模具的發展現狀 改革開放以來，隨著國民經濟的高速發展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業一直以15%左右的增長速度快速發展，模具工業企業的所有制成分也發生了巨大變化，除了國有專業模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發展。浙江寧波和黃巖地區的“模具之鄉”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉鎮企業，科龍、美的、康佳等集團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現已有幾千家。 當今世界正進行著新一輪的產業調整，一些模具制造逐漸向發展中國家轉移，中國正成為世界模具大國。近年來，外資對我國模具行業投入量增大，工業發達

16、國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化，這代表著我國模具行業迎來新一輪的發展機遇，也代表著面臨國外先進技術和高品質制品的挑戰。 有數據顯示，我國目前模具總產值已躍居世界第三，僅次于日本和美國，其中，汽車、摩托車、家電行業是模具最大的市場。據權威報告，中國已成為第一制造大國。我國模具年生產總量雖然已位居世界第三。但設計制造水平在總體上要比工業發達國家落后許多。其差距主要表現在下列六方面： (1)國內自配率不足80%。其中中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60%。 (2)企業組織結構、產品結構、技術結構和進出口結構都不夠合理。我國模具生產廠點中多數是自產自配的工模具車間（分廠），專業模具廠也

17、大多數是“大而全”“小而全”的組織形式。國外模具企業大多是“小而專”，“小而精”；模具自產自配比例高達50%以上，國外70%以上是商品模具。國內模具總量中屬大型、精密、復雜、長壽命模具的比例只有30%左右。國外在50%以上。進出口之比2003年為4.1：1；進出口相抵后凈進口為10.3億美元，為凈進口量最大的國家。 (3)模具產品水平和生產工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產周期卻要比國際先進水平長許多。產品水平低主要表現在精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度；工藝水平低主要表現在設計、加工、工藝裝備等方面。 (4)開發能力弱，經濟效益欠佳。我國模具企業技術人員比例較低，水平也

18、較低。不重視產品開發，在市場中常處于被動地位。我國每個職工平均每年創造模具產值約合1萬美元左右，而模具工業發達國家大多是15-20萬美元，有的甚至達到25-30萬美元。由此而來的是我國模具企業經濟效益差，大都微利，國有企業總體虧損，缺乏后勁。 (5)模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70%以上，國內模具標準件使用覆蓋率只有45%左右。 (6)與國際先進水平相比，模具企業的管理落后更甚于技術落后。技術落后易被發現，管理落后易被忽視。國內大多數模具企業還沿用過去作坊式管理模式。真正實現現代化企業管理的還不多。1.2.2沖壓的概念、特點及應用 沖壓是利用安裝在

19、沖壓設備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，且主要是采用板料來加工成形所需零件，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，隸屬于材料成形工程技術。 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。與機械加工及塑性加工的其他方法相比，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點。主要表現如下。 (1)沖壓加工的生產效率高，且操作方便

20、，易于實現機械化與自動化。 (2)沖壓是由模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，且一般不破壞沖壓材料的表面質量，而模具的壽命一般較長，所以沖壓件的質量穩定，互換性好，具有“一模一樣”的特征。 (3)沖壓可制造出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件，如小到鐘表的秒針，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，沖壓件的強度和剛度均較高。 (4)沖壓一般沒有切削碎料生成，材料的消耗較少，且不需其他的加熱設備，因而是一種省料，節能的加工方法，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

21、，只有在沖壓件生產批量較大的情況下，沖壓加工的優點才能充分體現，從而獲得較好的經濟利益。 沖壓在現代的工業生產中，尤其是大批量生產中應用十分廣泛。相當多的工業部門越來越多地采用沖壓方法加工產品零部件，如汽車、農機、儀器、電子、航空、航天、家電、及輕工等行業。在這些部門中，沖壓件所占的比重都相當大，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，如果生產中不廣泛采用沖壓工藝，許多工業部門要提高生產率、提高產品質量、降低生產成本、進行產品更新換代等都是難以實現的。1.2.3.沖壓技術的發展趨勢 模具技術的發展應該

22、為適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求服務。達到這一要求急需發展如下幾項：(1)模具設計新技術的應用(a)cad/cam/cae技術 模具cad/cam/cae技術是模具設計制造的發展方向。隨著微機軟件的發展和進步，普及cad/cam/cae技術的條件已基本成熟，各企業將加大cad/cam技術培訓和技術服務的力度；進一步擴大cae技術的應用范圍。計算機和網絡的發展正使cad/cam/cae技術跨地區、跨企業、跨院所地在整個行業中推廣成為可能，實現技術資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。(b)掃描及數字化系統 高速掃描機和模具掃描系統提供了從模型或實物掃描到加工出期

23、望的模型所需的諸多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統，可快速安裝在已有的數控銑床及加工中心上，實現快速數據采集、自動生成各種不同數控系統的加工程序、不同格式的cad數據，用于模具制造業的“逆向工程”。模具掃描系統已在汽車、摩托車、家電等行業得到成功應用，相信在“十五”期間將發揮更大的作用。(2)模具先進制造技術的推廣及應用(a)高速銑削加工 國外近年來發展的高速銑削加工，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、熱變形小等優點。高速銑削加工技術的發展，對汽車、家電行業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

24、化、集成化方向發展。 (b)電火花銑削加工 電火花銑削加工技術也稱為電火花創成加工技術，這是一種替代傳統的用成型電極加工型腔的新技術，它是有高速旋轉的簡單的管狀電極作三維或二維輪廓加工(像數控銑一樣)，因此不再需要制造復雜的成型電極，這顯然是電火花成形加工領域的重大發展。國外已有使用這種技術的機床在模具加工中應用。預計這一技術將得到發展。(c)先進表面處理技術 選用優質鋼材和應用相應的表面處理技術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揮模具鋼材料性能的關鍵環節。模具熱處理的發展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應發展工藝先進的氣相沉積(tin、tic等)、等離子

25、噴涂等技術。(d)自動化、智能化加工系統 模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質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有手工操作，以提高模具表面質量是重要的發展趨勢。模具自動加工系統應有多臺機床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤；有完整的機具、刀具數控庫；有完整的數控柔性同步系統；有質量監測控制系統。 (3)模具標準化我國模具標準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發達國家一般為80%左右。1.3選題意義及主要研究內容1.3.1 選題意義 專家認為，模具行業沖壓模的比例將不斷提高。隨著車輛和電機等產品向輕量化方向發展，沖壓模的數

26、量、壽命和復雜程度將提出越來越高的要求，其精度和復雜程度也將隨著相應提高。從以上的內容可以看出模具正在向一個更高精度和復雜度上發展，在這期間需要充足的理論知識來支撐這個發展。所以沖壓模具的設計與制造具有很強的時代進步意義。 冷沖壓模具設計是為材料成型及控制工程專業（鍛壓）學生在學完基礎理論課、技術基礎課和專業課的基礎上，所設置的一個重要的實踐性教學環節。其目的是： (1)綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識，進行一次冷沖壓模具設計工作的實際訓練，從而培養和 提高學生獨立工作的能力。 (2)鞏固與擴充“冷沖壓模具設計”等課程所學的內容，掌握冷沖壓模具設計的方法和步驟。 (3)掌握冷沖壓模具

27、設計的基本技能，如計算、繪圖、查閱設計資料和手冊，熟悉標準和規范等。 我選擇的題目正好是關于冷沖壓這個方面的內容，通過我對沖壓模具方面書籍的查閱，使我對沖壓模具的設計有了系統化的理解。況且我今后要從事這個方面的工作，這次的設計也是一次很好的學習和鍛煉的過程。所以我選擇了汽車變速器加強板修邊沖孔工藝及其模具設計這個題目，汽車變速器加強板是一個普通的沖壓零件，通過對它工藝性的分析和相關尺寸的計算從而展開了對該零件的模具設計。在設計過程中通過自學和老師的講解逐漸地掌握了相關的知識。我做這個題目的最大收獲就是明白了設計的思想，在這個思想的指導下我完成了下面的設計內容。1.3.2 主要研究（設計內容）

28、(1)題目來源 題目名稱：變速器加強板修邊沖孔模具設計 題目來源：生產實際 題目類別：畢業設計 (2)研究目的和意義 沖壓工藝是指沖壓加工的具體方法（各種沖壓工序的總和）和相關技術經驗沖壓加工是利用安裝在壓力機上的模具，對模具里的板料施加變形力，使板料在模具里產生變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產品零件的生產技術。由于沖壓加工經常在材料的冷狀態下進行，因此也稱冷沖壓。沖壓加工的原材料一般為板料或帶料，故也稱板料沖壓。生產中為滿足沖壓零件形狀、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求，采用多種多樣的沖壓加工方法。概括起來沖壓加工可以分為分離工序與成型工序兩大類。分離工序又分為落料、沖孔和剪切

29、等，其目的是沖壓過程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，成形工序分為彎曲、拉深、翻邊、脹形、縮口等，目的是使沖壓毛坯在不被破壞的條件下發生塑性變形，并轉化成所要求的制件形。沖壓加工技術主要是利用沖壓設備和模具實現對金屬材料（板材）的加工過程。沖壓加工，有以下特點： 大多是金屬塑性加工是金屬整體性保持的前提下，依靠塑性變形發生物質轉移來實現工件形狀和尺寸變化的，切屑量相對較小，因而材料的利用率高。沖壓的加工過程中，除尺寸和形狀發生改變外，金屬的組織、性能也能得到改善和提高，經過塑性加工將使其結構致密、粗晶粒破碎細化和均勻，從而使性能提高。 此外，塑性流動所產生的流線也能使其性能得到改善。加工

30、過程便于實現生產過程的連續化、自動化，適于大批量生產，因而勞動生產率高。成型件的精度高，可實現少、無切削加工。有些大型的薄板金屬件（如汽車的覆蓋件）只能通過沖壓模具成型來加工。 基于沖壓模具加工具有以上的特點，聯系本次設計，由于本課題汽車變速桿加強板是薄板料的成型件，可引入沖壓模具來進行加工，故可采用連續沖壓技術和采用復合模進行加工。在保證沖壓拉深質量的條件下，可以提高加工的效率。能達到“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求。然而，由于模具的設備較龐大，能耗高，目前的模具設計到制造出成套的模具的周期還較長，故不利于模具的更新換代。所以采用如此加工辦法來加工，應考慮的沖壓件的批量

31、的大小，由于汽車變速桿加強板屬于大批量的生產，所以值得設置一套沖壓模具。1.4 發展趨勢與研究的主攻方向1.4.1 國內外發展趨勢目前，一些工業先進國家，都擁有世界水平的沖壓公司和沖壓技術。而板料沖壓的出現要比它晚10 年左右的時間。在板材沖壓成形中經歷了三次大的革命性進程，1849 年出現的手動曲柄式壓力機是薄板成形的第一塊里程碑，它標志著機械式薄板成形的開始。1879 年adamso 研究開發碳鋼和鐵的機械性能，并提出了擴孔試驗的單拉伸試驗，隨后各種成形工藝及模擬試驗相繼出現，薄板成形從手工作坊走向工廠，大多數手工工具被大型模具及機器所取代，勞動生產率得到了空前的提高。近年來，模具工業一直

32、以15%左右的增長速度快速發展，模具工業企業的所有制成分也發生了巨大變化，除了國有專業模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發展。浙江寧波和黃巖地區的“模具之鄉”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉鎮企業，科龍、美的、康佳等集團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現已有幾千家。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部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發。 經過多年的努力， 在模具設計cad/cae/cam 技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造

33、周期等方面做出了貢獻。據中國模具工業協會發布的統計材料，2004 年我國沖壓模具總產出約為220 億元，其中出口0.75 億美元，約合6.2 億元。根據我國海關統計資料，2004 年我國共進口沖壓模具5.61 億美元，約合46.6 億元。從上述數字可以得出2004 年我國沖壓模具市場總規模約為266.6 億元。其中國內市場總需求為260.4 億元，總供應約為213.8 億元，市場滿足率為82%。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現已成為衡量一個國家制造業水平高低的重

34、要標志，并在很大程度上決定企業的生存空間。雖然中國模具工業在過去十多年中取得了令人矚目的發展，但許多方面與工業發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。 沖壓技術仍在繼續進入新的技術領域，它將以更快的速度發展，發展方向將突出“精、省、凈”的需求。將更加科學化、數字化、可控化等幾個方向，而人工智能技術、智能化控制從實驗階段投入真正的大幅度的使用階段。將給整個工業領域造成新的局面。1.4.2 發展趨勢主要表現 從普通沖裁到精密沖裁、普通

35、成型到精密成型、塑性到超塑性成型的研究，各種性的成型工藝日新月異，沖壓件的成型精度日趨精確，生產率也有了極大提高，沖壓加工到了高質量，高精度的水平，現在的精密沖裁主要對象是對平板零件進行沖裁，過去精密沖裁只能對5-8mm 以下的薄板進行加工，而現在可以厚達到25mm 的厚板實現精密沖裁。 由于采用了計算機輔助工程（cae），沖壓成型從原來的對應力應變進行有限元分析而逐步發展到采用計算機進行工藝過程的模擬與分析，以實行沖壓過程中的優化設計。此外，對材料的成形性能和成形極限的研究，沖壓成形難度的判定以及成形預報等技術的發展，都標志沖壓成形已經從原來的經驗、實驗分析階段開始走上由沖壓理論指導的科學階

36、段，使沖壓成形走向計算機輔助工程化和智能化的發展道路。為了適應大批量、高效生產的需要，在沖壓模具和設備上廣泛應用了各種自動化的進、出料機構。例如在汽車的覆蓋件，專門配置了機械手，這不僅提高了生產效率，而且增加了沖壓工作人員的安全性。各種中小型沖壓件廣泛采用多任務位級進模、多任務位或告訴壓力機。為了適應多種產品生產時不斷更換模具的需要，而將柔性制造系統的概念引入模具成形生產。而沖壓加工中心的出現正標志著沖壓向著自動化發展。 未來沖壓技術主攻方向會是一種將控制論、信息技術、數理邏輯、優化理論、計算機科學與板料成型理論有機結合而產生的綜合的新技術。就是智能化沖壓。第二章 設計任務及設計方案分析2.1

37、 零件的分析2.1.1設計內容 (1)問題描述：本課題是針對所給沖壓件的具體要求設計沖壓件的沖壓工藝及其模具。沖壓件外形及尺寸見圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4、圖2-5，變速桿加強板，材料：st 14 hf（c<0.08、mn<0.40、p<0.020、s<0.030、al>0.025），德國的普通結構鋼，強度極限=270350，延伸率大于42%，和普通低碳鍍鋅板相比硬度高，但是可塑性和韌性差，料厚t=2.0mm，大批量生產。圖2-1 修邊沖孔工藝面三維圖圖2-2 修邊沖孔坯料三維圖圖2-3 修邊沖孔工藝面性能數據圖2-4 修邊沖孔工藝圖圖2-5 變速桿加

38、強板零件圖 (2)具體應完成的設計內容有: 模具整體方案設計，包括零件的工藝分析、模具類型的確定、壓力中心計算、刃口尺寸計算、壓力機選擇、定位方案、推件、出件裝置的確定等；模具整體裝配圖和模具主要零件圖的設計；模具三維圖的繪制分析；模具運動動態模擬分析和裝配分析； 編寫設計畢業論文或者設計說明書。 (3)本研究主要是研究沖壓過程中的工藝性、沖裁間隙、凸凹模刃口尺寸的確定、排樣、沖壓力與壓力的中心的計算。完成本課題后可獲得以下成果：熟練掌握沖壓模具設計過程，完成工藝設計，完成一套完整的模具設計,電腦繪制出模具的裝配圖和零件圖。熟練掌握三維零件的繪制和裝配制作。 獲得一副沖裁模具的設計技術與圖紙，

39、沖裁過程中可能出現的問題及解決方案。撰寫出設計說明書。2.1.2擬解決的主要問題 重點解決的是如何合理實現修邊沖孔工藝的模具設計。由于變速桿加強板的零件形狀復雜，難點是合理地設計修邊沖孔工序，并準確的設計模具的刃口配合尺寸，保證沖壓件的成形及成型質量。2.2 設計方案及分析2.2.1沖裁加工原理 沖裁是利用沖模在壓力機上使板料分離的一種沖壓工藝。它包括切斷、落料、沖孔、修邊、切口等多種工序，但一般說來主要是落料和沖孔工序。 沖裁變形過程可分為四個階段：圖2-6 沖裁變形過程第一階段：彈性變形階段 凸模與材料接觸后，先將材料壓平，繼而凸模及凹模刃口壓入材料中，由于彎曲力矩的作用，材料不僅產生彈性

40、壓縮且略有彎曲。隨著凸模繼續壓入，材料在刃口部分所受的應力也逐漸增大，到一定程度時，材料內應力達到彈性極限，此為材料的彈性變形階段。第二階段：塑性變形階段 凸模繼續壓入，壓力增加，材料內的應力達到屈服極限，產生塑性變形。隨著塑性變形程度的增大，材料內部的拉應力和彎矩隨之增大，變形區材料硬化加劇，當壓入深度達到一定程度時，刃口附近材料的應力值達到最大值，此為塑性變形階段。第三階段：裂紋延伸階段 凸模壓入在塑性變形進行到一定程度時，材料的內應力達到剪切強度極限時，材料在刃口出出現裂紋，并且隨著凸模的繼續壓入，裂紋沿刃口方向延伸擴展。第四階段：斷裂分離階段 凸模壓入深度達到一定程度時，先后在凹、凸模

41、刃口側面產生裂紋，裂紋產生后沿最大剪應力方向向材料內層發展，當凹、凸模刃口處的裂紋相遇重合時，材料便被剪斷分離。2.3零件沖裁工藝分析沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技術要求是否是否符合沖裁加工的工藝要求。 圖2-7 汽車變速器加強板實物圖 汽車變速器加強板的零件實物圖如圖2-7所示，其加工工藝分為四個步驟：拉延-修邊沖孔翻邊沖孔，本設計為其中的修邊沖孔工序，所用材料為第一步經拉延工序完成后的金屬板料，此板料具有拉延后的拉延曲面，可作為本設計的定位面。 圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4所示為修邊沖孔工藝零件工藝參數，修邊量1188.7mm，沖

42、孔部分是兩個直徑11.1mm的孔，周長和69.7mm。 從接觸面的工藝孔來保證此零件上的修邊位置及小孔位置是該零件設計需要做的重點工作。該零件的毛坯的外形尺寸較大，修邊位置靠沖孔后形成的定位曲面來確定，沖孔則需要靠保持凸模和凹模之間的刃口尺寸，相對位置來保證。 本工序所需的板料尺寸較大，在完成修邊沖孔工序后，為方便取下廢料，應該在修邊沖孔工藝后對廢料板進行裁剪，根據廢料的形狀，擬將廢料板切成四塊，并在模具上設計滑道，方便廢料自動滑出。2.3.1 沖裁件最小孔間距的校核 根據沖壓手冊查得，料厚為2.0mm的凸凹模最小壁厚為4.9mm。 通過幾何關系計算，本零件的最小孔間距為： a=220mm&l

43、t;6.7mm ， 因此，該零件的最小孔間距滿足凸凹模的最小壁厚要求。2.3.2 沖裁件最小孔邊距的校核 同樣根據沖壓手冊查得，材料厚為3.0的凸凹模最小壁厚為6.7mm，通過幾何關系計算：本零件最外圈孔離零件邊緣的最小邊距為： a=17.8mm>4.9mm因此，該零件的最小孔邊距滿足凸凹模的最小壁厚要求。2.3.3對零件精度的分析 沖裁件內外形的經濟精度不高于gb1800-79it11級。一般要求落料件精度最好低于it10，沖孔件最好低于it9級。 經過對零件圖的觀察分析之后，該零件為汽車變速器加強板，加強變速器的機械性能，對外觀要求不高，對整個零件曲面精度要求較高。為了保證成形尺寸及

44、精度，要求拉延工序使用精度較高的拉延模具，在修邊沖孔工序中，對沖孔模具和修邊模具的相對位置有較高的要求，可通多改善這些方面的模具精度來提高零件的生產精度。2.4擬訂工藝方案2.4.1基本工藝方案確定 首先根據零件形狀確定沖壓工序類型和選擇工序順序。沖壓該零件需要的基本工序由剪切（或落料）、沖孔、切廢料。 通過對制件的結構進行分析和工藝方案的確定，可采用的沖裁方案及模具形式為： 方案一：先沖孔，后落料。單工序模生產。 方案二：沖孔落料復合沖壓。復合模生產。 方案三：沖孔落料級進沖壓。級進模生產。分析各工序有： 方案一是單工序模生產。單工序模是在沖壓的一次行程過程中，只能完成一個沖壓工序的模具。

45、方案二是復合模生產。復合模是在沖壓的一次行程過程中，在同一工位上同時完成兩道或兩道以上沖壓工序的模具。 方案三是級進模生產。級進模是多任務序沖模，在一副級進模上可對形狀十分復雜的沖壓件進行沖裁、彎曲、拉深成型等工序。表2-1 單工序模、復合模和連續模的特點比較項目單工序模復合模連續模沖壓精度一般較低中、高級精度中、高級精度原材料要求不嚴格除條料外，小件也可用邊角料條料或卷料沖壓生產率低較高高實現操作機械化自動化的可能性較易，尤其適合于在多工位壓力機上實現自動化難，只能在單機上實現部分機械操作容易，尤其適合于在單機上實現自動化生產通用性好，適合于中、小批量生產及大型件的大量生產較差，僅適合于大批

46、量生產較差，僅適合于中、小型零件的大批量生產沖模制造的復雜性和價格結構簡單，制造周期短，價格低結構復雜，制造難度大，價格高結構復雜，制造和調整難度大，價格與工位數成比例上升 綜上所述，對以上兩個方案從模具結構、材料利用率、生產成本和生產效率以及自動化程度等多方面因素考慮，最終選擇第二套方案。2.4.2 模具形式與結構比較 模具的結構形式很多，可根據沖壓件的形狀、尺寸、精度、材料性能和生產批量及沖壓設備、模具加工條件、工藝方案等設計。在滿足沖壓件品質要求的前提下，力求模具結構簡單、制造周期短、成本低、生產效率高、壽命長。 (1)根據沖壓件的形狀和尺寸，確定凸、凹模的加工精度、結構形式和固定方法；

47、 (2)根據毛坯的特點、沖壓件的精度和生產批量，確定定位、導料和擋料方式； (3)根據工件和廢料的形狀、大小，確定進料、出件和排出廢料的方式； (4)根據板料的厚度和沖壓件的精度要求，確定壓料與卸料方式，壓料或不壓料，彈性卸料或剛性卸料； (5)根據生產批量，確定操作方式：手工操作，自動或半自動操作； (6)根據沖壓件的特征和對模具壽命的要求，確定合理的模具加工精度，選取合理的導向方式和模具固定方式； (7)根據所使用的設備，確定模具的安裝與固定方式。 模具總體結構形式的確定是設計時必須先解決的問題，也是沖摸設計的關鍵，它直接影響沖壓件的質量、成本和沖壓生產的水平，模具類型的選定，應以合理的沖

48、壓工藝為基礎，根據沖壓件的形狀、尺寸、精度要求、材料性能、生產批量、沖壓設備、模具加工條件等多方面的因素，做綜合的分析研究并比較其綜合經濟效果，以期在滿足沖壓件質量的要求的前提下，達到最大限度地降低沖壓件的生產成本，確定模具的結構形式時，必須解決以下方面的問題： (1)模具類型簡單模，連續模，復合模等； (2)操作方式手工操作，自動化操作，半自動化操作； (3)進出料方式根據原材料的型式確定進料的方法，取出和整理零件的方法，原料定位方法； (4)壓料與卸料方式壓料或不壓料，彈性或鋼性卸料； (5)模具精度根據沖壓件的特點確定合理的加工精度，選取合理的導向方式及模具的固定方法等。 除生產批量、生產成本、沖壓件的質量要求外，在設計沖模時還必須對其維修性能、操作方便、安全性特別是手工操作模的安全方面等予以充分的注意。2.4.3 模具總體設計2.4.3.1操作方式 零件的生產批量較大，但合理安排生產可用手工送料方式，提高經濟效益。2.4.3.2定位方式 本設計為修邊沖孔工序，所用材料為第一步經拉延工序