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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 別 機(jī)電信息系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) B070203
姓 名 張瑞
學(xué) 號(hào) B07020336
外文出處
附 件 1. 原文； 2. 譯文
2011年3月
熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要：
熱沖壓和高強(qiáng)度鋼材在汽車行業(yè)正越來(lái)越受歡迎。熱沖壓是通過(guò)加熱和按下推進(jìn)器水冷工具來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼板高強(qiáng)度的一種工藝，冷卻系統(tǒng)對(duì)該工藝的影響很大。本文提出了一種對(duì)冷卻管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)過(guò)程,介紹一種在冷卻系統(tǒng)上進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法的優(yōu)化程序。通過(guò)對(duì)每個(gè)單獨(dú)程序組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),然后讓熱沖壓工藝和thermo-mechanically熱模擬相結(jié)合的優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞:
熱沖壓、有限元法(FEM),優(yōu)化
1概述
近年來(lái),在不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下減輕重量已成為汽車工業(yè)的研究重點(diǎn)。熱沖壓、高強(qiáng)度鋼對(duì)此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘車的安全系數(shù)。為了達(dá)到高強(qiáng)度，利用熱沖壓將高強(qiáng)度鋼加熱奧氏體溫度范圍，然后對(duì)其進(jìn)行迅速冷卻，馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生。在熱沖壓工藝中,工件的溫度必須保持在200°C以上，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。到目前為止,很少有對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行研究的熱沖壓模具。
本文介紹了一種系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法,熱沖壓工具與冷卻系統(tǒng)達(dá)到最佳而快速。在這個(gè)例子中,冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化幫助進(jìn)行有限元分析與一個(gè)特定的進(jìn)化算法，隨后一系列的熱成形過(guò)程的數(shù)值thermo-mechanically熱模擬以及觀察傳熱和冷卻速率來(lái)優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，在高溫的沖壓工刀具運(yùn)動(dòng)需要的時(shí)間相對(duì)整個(gè)過(guò)程的時(shí)間較短。因此,熱沖壓過(guò)程必須有足夠的工具、合理的準(zhǔn)確性計(jì)算與短時(shí)間的快速設(shè)計(jì)。
模具的冷卻系統(tǒng)分析了包括這項(xiàng)議案的一項(xiàng)形成過(guò)程是很有必要的,可以提高預(yù)測(cè)精度。在本文中，第2章介紹了一輛汽車和其相應(yīng)的熱沖壓原件，第3章中介紹了優(yōu)化有限元分析的程序及進(jìn)化算法。隨后,結(jié)果通過(guò)熱分析與熱、光的優(yōu)化為熱沖壓模具設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。
2熱沖壓模具的冷卻
2.1動(dòng)機(jī)
提高了工藝流程的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化了成形零件的特點(diǎn)、熱沖壓才能達(dá)到設(shè)計(jì)最佳狀況。因此,本研究的主要目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)一種在經(jīng)濟(jì)冷卻系統(tǒng)熱沖壓工具才能獲得有效的冷卻速率的工具。到目前為止,只有很少數(shù)的人進(jìn)行了有關(guān)冷卻系統(tǒng)在熱沖壓工具的應(yīng)用。因此,先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法配以適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ屯瓿梢蟮膬?yōu)化調(diào)查，達(dá)到工具和產(chǎn)品的快速完成和盡可能的精確。
2.2熱沖壓和模具冷卻的工藝特點(diǎn)
在直接熱成形工藝中,quenchable boronmanganese合金鋼熱沖壓和模具冷卻是常用。同時(shí),熱沖壓和模具冷卻是其中的一個(gè)具有代表意義的材料超高強(qiáng)度鋼。因此,在此研究中,熱沖壓和模具冷卻的鋁預(yù)表(阿塞洛USIBOR)被認(rèn)為是空白的材料。材料熱沖壓和模具冷卻的拉伸強(qiáng)度600MPa在臨界狀態(tài),材料的拉伸強(qiáng)度通過(guò)熱沖壓工藝顯著增加。更高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了熱沖壓工藝是通過(guò)快速冷卻至少27°的速度C / s[2]。作為在奧氏體冷卻淬火過(guò)程非常快馬氏體相變將發(fā)生。該微結(jié)構(gòu)提供與馬氏體與硬化的最終產(chǎn)品較高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500兆帕。
2.3工具組件和檢驗(yàn)
原型的組成及其熱沖壓工具運(yùn)動(dòng)學(xué)是如圖1所示,最初的空白，該試驗(yàn)的一部分,在圖2。最初的空白的430mm尺寸x 1.75mm x 170mm和抽簽儀式提出了一種深度的檢驗(yàn)的一部分是30毫米。
2.4沖壓模具冷卻系統(tǒng)
該工具設(shè)計(jì)必須考慮能夠達(dá)到的最大的降溫速率和熱沖壓零件的溫度分布均勻性。因此,冷卻系統(tǒng)需要被整合到工具。這冷卻系統(tǒng)冷卻管靠近工具輪廓目前認(rèn)為是一種有效的解決方案。然而,冷卻管的幾何形狀限制因在鉆井和約束也應(yīng)放置導(dǎo)管盡可能在盡可能的靠近但足以有效的冷卻遠(yuǎn)離工具輪廓,以避免任何塑性變形在熱成形工藝的工具。保證滿意繪制部分的特點(diǎn),整個(gè)活躍部位，該工具(沖壓、模具、壓邊及解決沖床)需要設(shè)計(jì)冷卻充分。
3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1優(yōu)化的進(jìn)化算法
圖3為每個(gè)工具的優(yōu)化程序。為優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)呈現(xiàn)在圖3。在這個(gè)過(guò)程中,冷卻在每個(gè)通道可優(yōu)化工具通過(guò)具體的進(jìn)化算法(EA),這是在發(fā)達(dá)的ISF(Institut Fertigung皮毛Spannende多特蒙德,大學(xué)德國(guó)),為優(yōu)化注塑工具適用于設(shè)計(jì)和冷卻系統(tǒng)在熱沖壓件工具[3、4]。作為約束條件進(jìn)行優(yōu)化,可得到的大小的連接器和插座,最低的墻以及nonintersection厚度的鉆孔因素也被考慮在內(nèi)。反推最小距離冷卻風(fēng)管和卸之間/裝載工具輪廓(a / x)和最小距離冷卻管(s)通過(guò)有限元分析確定。參數(shù)的冷卻系統(tǒng)如通道的數(shù)量(一根鏈條上的序貫孔),鉆孔每通道和直徑的孔洞每個(gè)工具組件也提供作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)的優(yōu)化。這些輸入?yún)?shù)可從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)通過(guò)有限元模擬指南或?；谳斎氤跏冀馍呻S機(jī)參數(shù)通過(guò)EA或手動(dòng),由用戶。從初始解,EA創(chuàng)造新的解決方案經(jīng)過(guò)重組的電流修改他們的解決方案和隨機(jī)的。定義了隨后被用于約束的校正生成的解決方案和消除作廢的解決方案。所有的生成方案最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行有效的冷卻率和均勻冷卻。最后,最好的解決辦法為優(yōu)化冷卻通道選擇對(duì)選定的工具組件
3.2冷卻通道的優(yōu)化
在我們的研究,選定的管的直徑對(duì)8毫米和12mm 8毫米,12mm沖床、毫米到16毫米之間死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米為空白持有人。EA是用于儲(chǔ)放冷卻通道根據(jù)給定的輸入翻案和約束條件每個(gè)工具組件。優(yōu)化后的型材的8毫米直徑的渠道,為管道在圖4。
4最佳冷卻系統(tǒng)的評(píng)價(jià)
冷卻通道的渠道設(shè)計(jì)產(chǎn)生EA每個(gè)工具組件以不同的孔直徑和其冷卻性能進(jìn)行了評(píng)估,采用鐵模擬。
4.1熱學(xué)分析
在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段的熱沖壓件工具,這是很重要的,估計(jì)熱沖壓工藝定性和定量地在很短的時(shí)間經(jīng)濟(jì)制造的工具。為了這個(gè)目的,兩個(gè)瞬態(tài)熱模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用ABAQUS /標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)隱式方法。在這個(gè)分析1.2379曾被選為鋼的刀具材料。這仿真模型包含4工具組件:沖床,死亡,壓邊和反拳。如表1所,選擇與優(yōu)化組合的零件冷卻通道的方法。V1是這種變體組合優(yōu)化工具和小冷卻風(fēng)管直徑大,而變種冷卻風(fēng)管。V2直徑。表1:設(shè)計(jì)工具的組合進(jìn)行有限元分析。摘要為了代表一系列生產(chǎn)流程,一個(gè)循環(huán)數(shù)的熱沖壓的過(guò)程模擬為一個(gè)周期傳熱分析。圖5的表明有限元模型包括邊界conditionsFigure 5:有限元模型和邊界條件。這種熱成形工藝的部分的樣機(jī)這樣的設(shè)計(jì)周期時(shí)間是30秒。在一個(gè)周期內(nèi),沖壓運(yùn)動(dòng)的形成需要3秒,這種工具關(guān)閉了17秒的空白,它可以使淬火另一個(gè)10秒開(kāi)發(fā)工具和定位的下一步空白的工具。然而,在這種熱分析運(yùn)動(dòng)和變形工具坯料的卻沒(méi)有考慮到減少了計(jì)算量。因此,只有進(jìn)行了傳熱分析是在一個(gè)封閉的工具。在熱分析、淬火過(guò)程耗時(shí)的地方2017秒秒來(lái)代替,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)沖壓不考慮。假定空白有一個(gè)最初的穩(wěn)態(tài)溫度(Tb,0°C)由于850從950°C冷卻免費(fèi)在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境。最初的工具的溫度(Tt,0)假設(shè)為20°C在第一個(gè)周期和變化周期周期。冷卻介質(zhì)的溫度(Tc)假設(shè)為室溫。邊界的旁邊條件、材料性能的熱沖壓和模具冷卻的工藝要求從熱拉伸試驗(yàn),獲得了LFT舉辦(Lehrstuhl皮毛Fertigungstechnologie,大學(xué)Erlangen-Nurnberg、德國(guó)),和他在一起共同研究在熱沖壓被帶領(lǐng)[2]。在分析中,對(duì)流從空白和工具的環(huán)境(他),辦理在每一個(gè)工具,對(duì)流從工具融入到冷卻通道(hc)和傳熱熱空白是considered. c)工具(Here,??c,是the(CHTC接觸傳熱系數(shù)),描述了熱通量的數(shù)量從毛坯到工具。這通常取決于系數(shù)之間的差距的工具和d空白和接觸壓力p .它增加通常是作為接觸壓力的增加而增加。然而,在熱分析了CHTC壓力是無(wú)效的,依賴但是差距是使用相關(guān)系數(shù)。CHTC是假設(shè)為5000W°C / m2在零距離之間的空白和工具(缺口)和保持常數(shù),直到差距的增加而增加超越批判價(jià)值。
4.2 機(jī)械分析
仿真與傳統(tǒng)熱成形是不同的板料成形過(guò)程模擬,其中的分布規(guī)律在溫度或壓力的工具被忽視。為快速又簡(jiǎn)單的方法去分析熱成形工藝的工具與空白被建成有殼單元在其他的研究[5,6]。在這些研究中,研究溫度可能是分布式沿厚度的殼元素和用戶自定義函數(shù)的溫度,但這件工具是內(nèi)溫度不考慮。同時(shí),在仿真模型的加熱,在一系列的工具熱沖壓過(guò)程不被考慮。此外,殼模型,對(duì)接觸熱的問(wèn)題只是足夠于相對(duì)較短的接觸時(shí)間[6]。因此,我們?cè)谘芯抗ぞ吆涂瞻着c體積元模擬仿制的順序的在一系列的傳熱過(guò)程。熱力的進(jìn)行仿真是ABAQUS /顯性。在熱分析、比較,整個(gè)形成和淬火工藝是仿制,而動(dòng)態(tài)溫度和應(yīng)力響應(yīng)的工具進(jìn)行了模擬接觸熱利用空白time-temperature依賴流動(dòng)應(yīng)力曲線。熱更準(zhǔn)確地表達(dá)了轉(zhuǎn)會(huì)應(yīng)該使用在接觸壓力CHTC場(chǎng)所依賴改變?cè)谛纬蛇^(guò)程。此外,氣溫依賴的熱導(dǎo)率和比熱也會(huì)考慮。然而,在通過(guò)熱分析,為號(hào)元素的增加,鐵的復(fù)雜性問(wèn)題顯著的增加。在傳統(tǒng)的成形有限元模擬提出了一種自適應(yīng)網(wǎng)格可以通常用來(lái)閑了仿真時(shí)間,來(lái)獲得更多的精確解接觸面積。然而,自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化在計(jì)算在熱力不穩(wěn)定的原因分析。因此,一個(gè)雅致的網(wǎng)格更高的沖壓速度被認(rèn)為是減少模擬時(shí)間。傳熱系數(shù)的結(jié)垢因此,獲得相同的熱通量[7]。
摘要
本設(shè)計(jì)題目為V形彎曲模設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了典型V形彎曲模的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向，有一定的設(shè)計(jì)意義。通過(guò)對(duì)該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者對(duì)彎曲模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)的了解與掌握，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的彎曲模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。
本設(shè)計(jì)運(yùn)用彎曲成型工藝及模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，首先分析了板材的性能要求，為選取模具的類型做好了準(zhǔn)備；然后計(jì)算了彎曲件的彎曲力，便于選取壓力機(jī)噸位及確定壓力機(jī)型號(hào)；最后分析了彎曲件的特征，確定模具的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及頂出裝置的選取。
本設(shè)計(jì)采用了組合上下模成型V形件，這種結(jié)構(gòu)能有效的防止坯料的偏移，成形機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活可靠，設(shè)計(jì)方便，非常適合在本副模具中使用。
關(guān)鍵詞：彎曲模 組合凸模 組合凹模
I
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校
學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查表
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
0
指導(dǎo)教師
選題情況
課題名稱
中鉸鏈墊片沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)
難易程度
偏難
適中
偏易
工作量
較大
合理
較小
符合規(guī)范化的要求
任務(wù)書(shū)
有
無(wú)
開(kāi)題報(bào)告
有
無(wú)
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(jì)劃進(jìn)行
慢
中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況
優(yōu)
良
中
差
中期成績(jī)?cè)u(píng)定：
所在專業(yè)意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
2009年 4 月 28日
河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1 緒 論
目前，我國(guó)沖壓技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還相當(dāng)?shù)穆浜?，主要原因是我?guó)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(jì)、模具制造工藝及設(shè)備等方面與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家尚有相當(dāng)大的差距，導(dǎo)致我國(guó)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(guó)家的模具相比差距相當(dāng)大。
1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 國(guó)內(nèi)模具的現(xiàn)狀
我國(guó)模具近年來(lái)發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)約有2萬(wàn)多家，從業(yè)人員約50多萬(wàn)人，2004年模具行業(yè)的發(fā)展保持良好勢(shì)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(zhǎng)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(guó)家。
在2萬(wàn)多家生產(chǎn)廠點(diǎn)中，有一半以上是自產(chǎn)自用的。在模具企業(yè)中，產(chǎn)值過(guò)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(lái)，?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(zhǎng)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)量增加，能力提高較快；"三資"及私營(yíng)企業(yè)發(fā)展迅速；國(guó)企股份制改造步伐加快等。
雖然說(shuō)我國(guó)模具業(yè)發(fā)展迅速，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)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(duì)中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用，私營(yíng)企業(yè)近年來(lái)發(fā)展較快，國(guó)企改革也在進(jìn)行之中，但總體來(lái)看，體制和機(jī)制尚不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，再加上國(guó)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(kāi)發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳.我國(guó)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(kāi)發(fā)，在市場(chǎng)中經(jīng)常處于被動(dòng)地位。我國(guó)每個(gè)模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元，國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多是15～20萬(wàn)美元，有的高達(dá)25～30萬(wàn)美元，與之相對(duì)的是我國(guó)相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過(guò)去作坊式管理，真正實(shí)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(guó)內(nèi)許多企業(yè)采用了先進(jìn)的加工設(shè)備，但總的來(lái)看裝備水平仍比國(guó)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(guó)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(wèn)題長(zhǎng)期得不到較好解決。裝備水平低，帶來(lái)中國(guó)模具企業(yè)鉗工比例過(guò)高等問(wèn)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(zhǎng)期以來(lái)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(guó)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(guó)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(duì)模具質(zhì)量、成本有較大影響，對(duì)模具制造周期影響尤甚。
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(huì)影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國(guó)產(chǎn)模具鋼與國(guó)外進(jìn)口鋼相比，無(wú)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。
1.1.2 國(guó)內(nèi)模具的發(fā)展趨勢(shì)
巨大的市場(chǎng)需求將推動(dòng)中國(guó)模具的工業(yè)調(diào)整發(fā)展。雖然我國(guó)的模具工業(yè)和技術(shù)在過(guò)去的十多年得到了快速發(fā)展，但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差距，尚不能完全滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求。未來(lái)的十年，中國(guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向包括以下幾方面:??
1） 模具日趨大型化；???
2）在模具設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)；??
3）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)；???
4）在塑料模具中推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型和高壓注射成型技術(shù)；?
5）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率；???
6）發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)；???
7）模具的精度將越來(lái)越高；?
8）模具研磨拋光將自動(dòng)化、智能化；??
9）研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程；??
10）開(kāi)發(fā)新的成形工藝和模具。
1.2 國(guó)外模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
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(wú)法替代的。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)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(kāi)發(fā)能力。近幾年，全球模具市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，世界模具市場(chǎng)年交易總額為600～650億美元左右。美國(guó)、日本、法國(guó)、瑞士等國(guó)家年出口模具量約占本國(guó)模具年總產(chǎn)值的三分之一。?
國(guó)外模具總量中,大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的比例占到50%以上；國(guó)外模具企業(yè)的組織形式是"大而專"、"大而精"。2004年中國(guó)模協(xié)在德國(guó)訪問(wèn)時(shí)，從德國(guó)工、模具行業(yè)組織--德國(guó)機(jī)械制造商聯(lián)合會(huì)（VDMA）工模具協(xié)會(huì)了解到，德國(guó)有模具企業(yè)約5000家。2003年德國(guó)模具產(chǎn)值達(dá)48億歐元。其中（VDMA）會(huì)員模具企業(yè)有90家，這90家骨干模具企業(yè)的產(chǎn)值就占德國(guó)模具產(chǎn)值的90%，可見(jiàn)其規(guī)模效益。
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外的一些掌握和能運(yùn)用新技術(shù)的人才如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具工藝設(shè)計(jì)、高級(jí)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(guó)每個(gè)職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬(wàn)美元左右，而國(guó)外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大多15～20萬(wàn)美元，有的達(dá)到 25～30萬(wàn)美元。
國(guó)外先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70%以上，而我國(guó)才達(dá)到45％．
1.3 中鉸鏈墊片模具設(shè)計(jì)與制造方面
1.3.1 中鉸鏈墊片模具設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路
沖裁彎曲是沖壓基本工序之一，它是利用沖裁模在壓力機(jī)作用下，將平板坯料件制成一定形狀零件然后彎曲的加工方法。它不僅可以加工板型零件，還可以加工條料零件及其他形狀復(fù)雜的薄壁零件，但是，加工出來(lái)的制件的精度不是很高。一般情況下，沖裁彎曲的尺寸精度應(yīng)在IT13級(jí)以下，不宜高于IT11級(jí)。
只有加強(qiáng)沖裁彎曲變形基礎(chǔ)理論的研究，才能提供更加準(zhǔn)確、實(shí)用、方便的計(jì)算方法，才能正確地確定沖裁彎曲工藝參數(shù)和模具工作部分的幾何形狀與尺寸，解決變形沖裁彎曲中出現(xiàn)的各種實(shí)際問(wèn)題，從而，進(jìn)一步提高制件質(zhì)量。
此工件形狀、結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，而且左右對(duì)稱，生產(chǎn)批量為大批量，用簡(jiǎn)單模分兩次加工，就生產(chǎn)批量來(lái)說(shuō)有些費(fèi)時(shí)，用級(jí)進(jìn)模加工要設(shè)導(dǎo)正銷，模具加工、安裝較復(fù)雜，用復(fù)合模加工既能保證精度，還能保證生產(chǎn)效率，所以采用復(fù)合模加工。設(shè)計(jì)此模具時(shí)，要設(shè)計(jì)好模具的工作零部件，其它的零件根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的需要添加即可，但必須要保證模具工作時(shí)的正常運(yùn)行.
1.3.2 中鉸鏈墊片模具設(shè)計(jì)的進(jìn)度
1.了解目前國(guó)內(nèi)外沖壓模具的發(fā)展現(xiàn)狀，所用時(shí)間20天；
2.確定加工方案，所用時(shí)間5天；
3.模具的設(shè)計(jì)，所用時(shí)間30天；
4．模具的調(diào)試．所用時(shí)間5天．
2 中鉸鏈墊片的沖壓工藝性分析
2.1 工件的工藝性分析
工件名稱：中鉸鏈墊片
生產(chǎn)批量：大批量
材料：Q235鋼
料厚：2mm
彎曲前
零件寬：12mm
彎曲后
圖1 零件圖
此零件是典型的V形件，零件圖中的尺寸兩沖孔位置有較高的要求，其余的均為未注公差，在處理這些零件的公差等級(jí)時(shí)，均按照IT13級(jí)要求，彎曲圓角半徑為2mm，大于最小彎曲半徑（rmim=t=0.6×2=1.2mm）所以，此件形狀尺寸精度均滿足彎曲工藝要求，另外此彎曲件的形狀和尺寸基本對(duì)稱，防止了彎曲時(shí)毛坯偏移造成制件質(zhì)量不穩(wěn)定，確保了工藝性的要求，可以采用彎曲工藝加工。所以可以采用此方案加工。
2.2 工藝方案及模具結(jié)構(gòu)類型
該零件包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以采用以下三種工藝方案:
①先落料、再?zèng)_孔、然后彎曲，采用單工序模生產(chǎn).
②沖孔—落料復(fù)合沖壓，然后彎曲，采用復(fù)合模生產(chǎn).
③沖孔—落料—彎曲連續(xù)沖壓，采用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn).
方案①模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生產(chǎn)效率較低，難以滿足零件大批量生產(chǎn)的需求.由于零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為提高生產(chǎn)率，主要應(yīng)采用復(fù)合沖裁或級(jí)進(jìn)沖裁方式。由于孔邊尺寸34mm 二者有公差要求，需要更好地保證。
方案②只需要兩套模具，沖壓件的形位精度和尺寸易于保證，且生產(chǎn)效率也高。盡管模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜，但由于零件的幾何形狀簡(jiǎn)單對(duì)稱，模具制造并不困難。
方案③只需要一套模具，生產(chǎn)效率也很高，但零件的沖壓精度較復(fù)合模的低。
欲保證沖壓件的形位精度，通過(guò)以上三種方案的分析比較，對(duì)該見(jiàn)沖壓生產(chǎn)以采用放案②為佳。
綜上所述：考慮到零件生產(chǎn)批量，同時(shí)保證各項(xiàng)技術(shù)要求，選用方案②，其工序：先沖孔落料，再?gòu)澢?
3 沖裁模設(shè)計(jì)
3.1 排樣及材料利用率
3.1.1 確定零件的排樣方案
設(shè)計(jì)模具時(shí)，條料的排樣方案很重要。合理的排樣應(yīng)是在保證制件質(zhì)量，有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)的前提下，以最少的材料消耗，沖出最多的合格制件。為提高模具的使用壽命，保證沖裁件的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。該中鉸鏈墊板零件，采用有廢料直排的排樣方法，使材料的利用率最高，材料厚度t=2,排樣圖如下圖所示
圖2 排樣圖
查表2.9分別取工件間和側(cè)邊搭邊值為2.0mm和2.2mm
計(jì)算條料寬度
因?yàn)椴捎昧擞袕U料排樣，沿制件部分外形沖裁，所以條料寬度為
B=(53+2×2.2)mm=57.4mm
步距：h=（12+2.0）=14mm
確定板料規(guī)格
選用了熱軋普通薄板，查資料采用板料的長(zhǎng)度為1000mm，寬度為900mm，采用橫裁的方法,每塊可以剪切成45mm×1000mm規(guī)格條料20條。
3.1.2 材料利用率的計(jì)算
為防止彎曲件開(kāi)裂，彎曲線要與板料的纖維線垂直，所以只能采用橫裁，則：
每板條數(shù)：=1000／57.4=17條余24.2mm
每條的工件數(shù)：=900／14=64條余4mm
每板的工件數(shù)：×=17×64=1088個(gè)
材料的利用率：=1088×12×53／900×1000×100%=76.89%
3.2 確定凸凹模間隙，計(jì)算凸凹刃口尺寸
由于沖孔是兩邊長(zhǎng)為8 mm，圓角半徑是3.2 mm的橢圓，形狀較為簡(jiǎn)單，尺寸精度要求不高，而落料是一個(gè)簡(jiǎn)單的類似距形，四周由半徑3mm的圓角，因沖裁此類工件的凸、凹模制造相對(duì)簡(jiǎn)單，精度容易保證，所以擬采用分別加工。設(shè)計(jì)時(shí)，需在圖紙上分別標(biāo)注凸模和凹模刃口尺寸及制造工差。
查表2.4得間隙值Z=0.246mm，Z=0.360mm。查表2.5得凸、凹模制造公差：= 0.020mm，= 0.020mm。
校核：Z- Z = 0.114mm，而+ = 0.040mm
滿足Z- Z≥ +的條件。
查表2.6得：IT14級(jí)時(shí)磨損系數(shù)x = 0.75
查表2.4得間隙值Z=0.246mm，Z=0.360mm。查表2.5得凸、凹模制造公差：= 0.02mm，= 0.02mm。
校核：Z- Z = 0.140mm，而+ = 0.045mm
滿足Z- Z≥ +的條件。
所以采用分別制造法加工。查表4.6得IT11級(jí)x = 0.75
設(shè)計(jì)加工時(shí)，以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，由式2.5和2.6得
d = （d + xΔ）
d = （d + Z）
式中 d、d —沖孔凸凹模尺寸；
—沖孔件的最小基本尺寸；
x—磨損系數(shù)；
Δ—工件制造公差；
Z—最小合理間隙；
δ、δ—凸、凹模的制造公差。
把 = 8mm,x = 0.75, Δ = 0.36, Z=0.246mm, = 0.020mm，= 0.02mm代入上
根據(jù)設(shè)計(jì)原則,落料時(shí)以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。由書(shū)式（2.3）和（2.4）得
D= ( D - x)
D= ( D - Z)
式中 D、 D—落料凹凸模尺寸；
D—落料件的最大基本尺寸；
x—磨損系數(shù)；
Δ—工件制造公差；
Z—最小合理間隙；
δ、δ—凸、凹模的制造公差。
把D = mm，x = 0.75, Δ = 0.20, = 0.02mm，= 0.02mm，Z=0.360mm代入上式得
對(duì)于尺寸53 = 0.02mm，= 0.03mm。
3.3 沖裁工序總力的計(jì)算
圖3 制件圖
由工件結(jié)構(gòu)和前面所確定的沖壓方案可知，本工件的沖裁力包括以下部分：
沖兩個(gè)邊長(zhǎng)是8半徑是3.2的橢圓形孔的力F1、沖外形輪廓的力F、采用彈性卸料裝置和下出料方式的卸料力FX、推件力FT.
考慮到模具刃部被磨損，凸凹模間隙不均勻和波動(dòng)，材料力學(xué)性能及材料厚度偏差等因素的影響，實(shí)際計(jì)算沖裁力時(shí)按下面公式：
F=KLtτb
式中 :
F—沖裁力（kN）
L—沖裁件剪切周邊長(zhǎng)度（mm）
t—沖裁件材料厚度（mm）
τ—被沖材料的抗剪強(qiáng)度(MPa)
K—系數(shù)，一般取1.3。
為方便計(jì)算,可由下面公式代替上式:
F=KLtτb≈Ltσb
σb— 材料抗拉強(qiáng)度(MPa)
查表6.1—50[1] 得σb=400Mpa
經(jīng)計(jì)算的外形輪廓的尺寸是L1=47×2+6×2+2πR3=124.85mm
內(nèi)空的輪廓的尺寸是L2=2×(6.4π+16)=72.19 mm
所以沖裁力F=（124.85+72.19）×400×2=157.632 KN
推件力、卸料力可由以下公式計(jì)算:
FT=n KT F FX=kX F
式中
Kt—推件力系數(shù),查表2.1－12[3] 得Kt=0.05;
KX—卸料力系數(shù),由手冊(cè)查得KX=0.04;
n—同時(shí)卡在凹模的工件(取n=1);
代入數(shù)據(jù)得: FT = 4×0.05×157.632 =31.526 KN
FX=0.04×157.632=6.305 KN
沖裁工序總力:
FZ=F + FT + FX ==157.632 +31.526+6.305=195.463 KN
為了保證沖裁力足夠，一般沖裁時(shí)壓力機(jī)的噸位應(yīng)比計(jì)算的沖裁力大30%左右，即FZ =1.3×195.463=254.102 KN
3.4 壓力中心確定
模具壓力中心是指沖壓時(shí)諸沖壓力合力的作用點(diǎn)位置。為了確保壓力機(jī)和模具正常工作，應(yīng)使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑快的中心相重合。否則，會(huì)使沖模和壓力機(jī)滑塊產(chǎn)生偏心載荷，使滑塊和導(dǎo)軌間產(chǎn)生過(guò)大的磨損，模具導(dǎo)向零件加速磨損，減低模具和壓力機(jī)的使用壽命。沖模的壓力中心，的按下述原則確定：
（1）對(duì)稱形狀的單個(gè)沖裁件，沖模的壓力中心就是沖裁件的幾何中心。
（2）工件形狀相同且分布位置對(duì)稱時(shí)，沖模的壓力中心與零件的對(duì)稱中心相重合。
（3）形狀復(fù)雜的零件，多孔沖模，級(jí)進(jìn)模的壓力中心可用解析法求出沖模壓力中心。
如圖所表示
圖4 壓力中心
由于工件x方向?qū)ΨQ，故壓力中心X0=0故只需計(jì)算將工件周邊分成2段，又因?yàn)樽笥覂蓚€(gè)圖形大小一樣，分別作用于兩空的作用力大小一樣。即L1=L2
yc＝
=
＝ =0.75mm
3.5 沖孔落料模具總體設(shè)計(jì)
確定沖壓工藝方案后，應(yīng)通過(guò)分析比較，選擇合理的模具結(jié)構(gòu)型式，使其盡量滿足以下要求：
（1）能沖出符合技術(shù)要求的工件；
（2）能提高生產(chǎn)率；
（3）模具制造和維修方便；
（4）模具有足夠的壽命；
（5）模具易于安裝調(diào)整，且操作方便、安全。
3.5.1 模具結(jié)構(gòu)型式
在確定采用復(fù)合模后，便要考慮采用正裝式還是倒裝式復(fù)合模。大多數(shù)情況優(yōu)先采用倒裝式復(fù)合模，這是因?yàn)榈寡b式復(fù)合模的蟲(chóng)孔廢料可以通過(guò)凸凹模從壓力機(jī)工作臺(tái)孔中漏出。工件由上面的凹模帶上后，由推薦裝置推出，再由壓力機(jī)附上的接件裝置接走。條料由下模的卸料裝置脫出。這樣操作方便而且安全，能保證較高的生產(chǎn)率。而正裝式復(fù)合模，沖孔廢料由上模帶上，再由推料裝置推出，工件則由下模的推件裝置向上推出，條料由上模卸料裝置脫出，三者混雜在一起，如果萬(wàn)一來(lái)不及排出廢料或工件而進(jìn)行下一次沖壓，就容易崩裂模具刃口。
故本零件采用倒裝式復(fù)合模結(jié)構(gòu)。
3.5.2 定位裝置
為了使條料送料時(shí)有準(zhǔn)確的位置,保證沖出合格的制件,同時(shí)考慮到零件生產(chǎn)批量不多,且要求模具結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單,所以采用定位銷定位。
因?yàn)榘辶虾穸萾=2mm,屬于較小厚度的板材,且制件尺寸不大,固采用側(cè)面兩個(gè)固定擋料銷定位導(dǎo)向,在送料方向由于受凸模和凹模的影響,為了不至于削弱模具的強(qiáng)度,在送給方向采用一個(gè)彈簧擋料裝置的活動(dòng)擋料銷.
3.5.3 推件裝置
在倒裝式復(fù)合模中，沖裁后工件嵌在上模部分的落料凹模內(nèi)，需由剛性或彈性推件裝置推出。剛性推件裝置推件可靠，可以將工件穩(wěn)當(dāng)?shù)赝瞥霭寄?。但在沖裁時(shí)，剛性推件裝置對(duì)工件不起壓平作用，故工件平整度和尺寸精度比用彈性推件裝置時(shí)要低些。
由于剛性推件裝置已能保證工件所有尺寸精度，又考慮到剛性推件裝置結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，故這套模具采用剛性結(jié)構(gòu)。為兼顧工件的平整度和尺寸精度，可在剛性推件裝置和凸模固定板之間鑲嵌橡膠。
3.5.4 卸料裝置
復(fù)合模沖裁時(shí)，條料將卡在凸凹模外緣，因此需要在下模設(shè)置卸料裝置。
在下模的彈性卸料裝置一般有兩種形式：一種是將彈性零件（如橡膠），裝設(shè)在卸料板與凸凹模固定板之間；另一種是將彈性零件裝設(shè)在下模板下。由于該零件的條料卸料力不大，故采用前一種結(jié)構(gòu)，并且使用橡膠作為彈性零件。
3.5.5 導(dǎo)向裝置
采用二導(dǎo)柱式模架。為保證零件的質(zhì)量及穩(wěn)定性，選用導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向。由于該零件導(dǎo)向尺寸較小，且零件的精度要求不是太高。所以適宜采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
3.5.6 模架的總體尺寸
模架的設(shè)計(jì) 模各零件標(biāo)記如下：
上模座： 320mm×245mm×40mm
下模座： 320mm×245mm×40mm
導(dǎo)柱：28×150mm GB/T2861.1
導(dǎo)套：45×100×38mm GB/T2861.6
模柄： φ40mm×78mm
墊板厚度： 200mm×160mm×12mm
卸料板厚度： 200mm×160mm×40mm
凸模固定板厚度： 200mm×160mm×40mm
模具的閉合高度：
H閉=h上模座+h墊板+h凸模固定板+h落料凹模+t+h卸料板+h橡膠外露+h下模座
=（40+12+40+40+20+8+40）=200mm
3.6 沖壓設(shè)備的選定
選擇型號(hào)為JB23-100的開(kāi)式雙柱可傾壓力機(jī)能滿足使用要求。其主要技術(shù)參數(shù)如下：公稱壓力：100KN
滑塊行程：130mm
最大閉合高度：480mm
最大裝模高度：380mm
工作臺(tái)尺寸：（前后×左右）：710mm×1080mm
墊板尺寸：（厚度×孔徑）：100mm×250mm
模柄空尺寸：φ60mm×75mm
最大傾斜角度：30°
圖5沖孔落料模具總裝圖
1 上模座 2 螺釘 3 模板 4 螺栓
5 墊板 6 凸模固定板 7 導(dǎo)套 8 凹模
9 卸料板 10 導(dǎo)板 11 凸凹模固定 12 下模座
13 橡膠 14 凸凹模 15 推件塊 16 銷釘
17 凸模 18 擋料銷 19 彈簧 20 卸料螺釘
4 彎曲模設(shè)計(jì)
4.1 彎曲件工藝分析
此工件是普通的V形件，且彎曲件形狀對(duì)稱，彎曲半徑左右一致，以保證彎曲時(shí)對(duì)板料的摩擦力平衡，防止產(chǎn)生偏移。零件圖中的尺寸公差為未注公差，在處理這類零件公差等級(jí)時(shí)均按IT14級(jí)要求。彎曲圓角半徑為r=6mm.(rmin=0.6t=0.6×2=1.2mm).
故此件形狀尺寸精度均滿足彎曲工藝的要求，可用彎曲工序加工。
零件圖如下所示：
圖6 彎曲后制件形狀
4.2 工藝方案的確定
該零件的所需的沖壓工序?yàn)閺澢?，采用彎曲單工序模即可?
4.3 彎曲工藝計(jì)算
（1）彎曲件展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算
當(dāng)彎曲圓角半徑較小時(shí)（r<0.5t）時(shí)，根據(jù)毛坯與制件等體積原則計(jì)算。
當(dāng)彎曲圓角半徑較大時(shí)（r>0.5t）時(shí)，根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變?cè)碛?jì)算。
因?yàn)閞=6>0.5×2=1.0，屬于較大的彎曲件。所以彎曲件的展開(kāi)長(zhǎng)度按直邊區(qū)與圓角較大的彎曲件。直邊區(qū)在彎曲前后長(zhǎng)度不變，圓角區(qū)展開(kāi)長(zhǎng)度按彎曲前后中性層長(zhǎng)度不變條件進(jìn)行計(jì)算。
4.4 彎曲模工作部分的尺寸計(jì)算
4.4.1 凸模圓角半徑
當(dāng)彎曲件的相當(dāng)圓角半徑r/t較小時(shí)，取凸模圓角半徑r凸等于或略小于彎曲件內(nèi)側(cè)的圓角半徑r，但不能小于表3.1所列的最小彎曲半徑rmin。若彎曲件的r/t小于最小彎曲半徑rmim/t，則彎曲時(shí)應(yīng)取r凸＞rmin，然后增加一道整形工序，使整形模的凸模圓角半徑r凸=r
當(dāng)彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t較大（t/t≥10），精度要求較高時(shí)，必須考慮回彈的影響，根據(jù)回彈值的大小對(duì)凸模圓角半徑r凸進(jìn)行修正。
由于此工件的R/t=2/2=1較小，且R為2mm，大于最小彎曲半徑（rmim=t=0.6×2=1.2mm），故凸模的圓角半徑r凸=R=2mm
4.4.2 凹模圓角半徑
凹模圓角半徑r凹的大小對(duì)彎曲力以及彎曲件的質(zhì)量均有影響。r凹過(guò)小會(huì)使彎曲力的力臂減小，毛抷沿凹模滑入時(shí)的阻力增大，彎曲力增加，并易使工件表面擦傷甚至出現(xiàn)壓痕。凹模兩邊的左右形狀應(yīng)一致，否則在彎曲時(shí)毛抷會(huì)發(fā)生偏移。
實(shí)際生產(chǎn)中，r凹通常根據(jù)材料的厚度t選取。
當(dāng)t＜2mm，r凹=（3～6）t
當(dāng)t=2～4mm，r凹=（2～3）t
當(dāng)t＞4mm，r凹=2t
對(duì)于v形彎曲模的凹模底部圓角半徑r凹′見(jiàn)圖2，可根據(jù)彎曲變形區(qū)坯料變薄的特點(diǎn)，取r凹′=（0.6～0.8）（r凸+t）計(jì)算：
r凹′=（0.6～0.8）（2+2）=2.4～3.2取r凹=3mm
又因?yàn)橥鼓０霃絩凸=R=2mm，而板料的厚度為2mm，所以綜合考慮，凹模底部圓角半徑r凹取r凹=4mm
4.4.3 凹模工作部分深度的計(jì)算
對(duì)于V形件彎曲模：凹模深度及底部最小厚度h如圖5所示。
圖7 彎曲模工作部分尺寸
凹模工作部分的深度將決定板料的進(jìn)模深度，同時(shí)也影響到彎曲件直邊的平直度，對(duì)工件的尺寸精度造成一定的影響。此彎曲件的
邊長(zhǎng)=24.93mm，板厚2mm，查表4得凹模底部最小厚度為h=20mm，凹模工作部分深度=10～15mm。
表1 彎曲V形件的凹模深度及底部最小厚度 mm
彎曲件的
邊長(zhǎng)
材 料 厚 度
≤2
2～4
＞4
10～25
＞25～50
＞50～75
＞75～100
＞100～150
10～15
15～20
20～25
25～30
30～35
20
22
27
32
37
15
25
30
35
40
22
27
32
37
42
——
30
35
40
50
——
32
37
42
47
4.4.4 凸凹模間隙
V形件彎曲時(shí)，凸凹模的間隙是靠調(diào)整壓力機(jī)的閉合高度來(lái)控制的，不需要在設(shè)計(jì)模具時(shí)確定。但在模具設(shè)計(jì)中，必須考慮到模具閉合時(shí)，使模具工作部分與工件能緊密貼合，以保證彎曲質(zhì)量。
4.5 彎曲件回彈值的計(jì)算
該彎曲件的相對(duì)彎曲半徑r/t＜5，由于變形程度大，卸載后彎曲圓角半徑的變化很小，可以不予考慮，而僅考慮彎曲中心角額變化。
當(dāng)彎曲件彎曲中心角不為90°時(shí)，其回彈角可按下式計(jì)算：
Δα=Δα90 （4）
式中 Δα ——彎曲件的彎曲中心角為α?xí)r的回彈角；
? Δα ——彎曲中心角為90°時(shí)的回彈角
? α ——彎曲件的彎曲中心角。
而本彎曲件彎曲中心角為90°，所以可以根據(jù)下表差得。
表2 90°單角自由彎曲時(shí)的回彈角
材 料
材 料 厚 度t/mm
＜0.8
0.8～2
＞2
中硬鋼（=400～500MPa）
硬黃銅（=350～400MPa）
硬青銅（=350～400MPa）
＜1
1～5
＞5
5°
6°
8°
2°
3°
5°
0°
1°
3°
硬鋼（＞550MPa）
＜1
1～5
＞5
7°
9°
12°
4°
5°
7°
2°
3°
6°
小變形程度（r/t≥10）時(shí)，回彈大，先計(jì)算凸模圓角半徑，在、再計(jì)算凸模角度；大變形程度（r/t＜5＝時(shí)，卸載后圓角半徑變化小，僅考慮彎曲中心角的回彈變化。彎曲時(shí)，彎曲中心角不為90°，查相關(guān)手冊(cè)，r/t=2/2=1＜5，屬于大變形程度。
其回彈值可按下式計(jì)算：
△ α=α/90°△α90°
式中△α——彎曲件的彎曲中心角為α?xí)r的回彈角；
△ α90°———彎曲中心角為90°時(shí)的回彈角；
α——彎曲件的彎曲中心角。
經(jīng)查表得，彎曲中心角為90°的回彈角△α90°=2°，
4.6 彎曲力的計(jì)算
自由彎曲時(shí)的彎曲力計(jì)算公式：
F自=t2σb
Rmin=t=0.6×2=1.2mm
式中： F自—— 材料在沖壓行程結(jié)束時(shí)的彎曲力，N；
b—— 彎曲件寬度，mm；
t—— 彎曲件厚度，mm；
r—— 彎曲件內(nèi)彎曲半徑，mm；
σb—— 材料強(qiáng)度極限，MPa；
K—— 安全系數(shù)，一般可取K=1.3。
該板在校正彎曲前是自由彎曲，彎曲力為：
F自1=t2σb
=×22×400N
=3.74kN
因?yàn)閺澢蛇叺膱A角是同時(shí)進(jìn)行彎曲的，二者的彎曲力之和為6.24kN，大于另一圓角彎曲時(shí)的彎曲力，所以總的自由彎曲力應(yīng)為6.24kN。
頂件力F頂可近似取自由彎曲力的30%～80%，即
F頂=（0.3～0.8）×F自=（0.3～0.8）×3.744 kN=1.123～2.9552 kN
取F頂=2 kN。
校正彎曲時(shí)的彎曲力計(jì)算公式：
F較=Ap （6）
式中：F較—— 校正彎曲力（N）
P—— 單位校正力，MPa，其值見(jiàn)表7
A—— 校正部分投影面積（mm2）
表3 單位校正力p Mpa
材 料
材料厚度t/mm
≤1
>1~2
>2~5
>5~10
鋁
15~20
20~30
30~40
40~50
黃銅
20~30
30~40
40~60
60~80
10～20鋼
30~40
40~50
60~80
80~100
25～30鋼
40~50
50~60
70~100
100~120
該彎板校正彎曲時(shí)，校正彎曲力最大值在壓力機(jī)工作到下止點(diǎn)的位置，且校正力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由彎曲力，而在彎曲過(guò)程中二者又不是同時(shí)存在，因此查表得p=60Mpa，所以校正彎曲力為：
F較=Ap=（12×27.634）×60N=19.896kN
對(duì)于校正彎曲，由于校正彎曲力比頂件力打得多，故頂件力可以忽略，但這里為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在計(jì)算壓力機(jī)公稱壓力時(shí)，還是將頂件力考慮進(jìn)去。
F壓力機(jī)≥（1.2～1.3）（F校+F頂）
=（1.2～1.3）×（19.896+2）kN
=（26.28～28.46）kN
故：初選壓力機(jī)型號(hào)為JB23-16.
4.7 彎曲模具總體設(shè)計(jì)
模具采用彎曲單工序模，上模由上模座，凸模等零件組成；下模由凹模，下模座，定位銷等零件組成。
沖壓設(shè)備的選定
初選壓力機(jī)的公稱壓力為160KN，即J23-16型壓力機(jī)。
J23-16型壓力機(jī)的滑塊行程為45mm大于工件的高度，滿足支撐板彎曲時(shí)的沖壓行程。
最大閉合高度：220mm
連桿調(diào)節(jié)長(zhǎng)度：45mm
最大裝模高度：180mm
壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸(前后×左右):300mm×450mm
模柄孔尺寸：Φ40mm×60mm
最大傾斜角度：
由于彎曲模不是標(biāo)準(zhǔn)模架，因此需要自行設(shè)計(jì)。取上模座高度為35mm，凸模固定板高度為25mm，上墊板高度為6mm,凹模高度為50mm，下模座高度為40mm，下墊板高度為8mm，中間安全距離為20mm，故模具閉合高度為:
=184mm
4.8 校核壓力機(jī)
壓力機(jī)的最大裝模高度應(yīng)滿足；而初選壓力機(jī) J23-16的最大裝模高度值為180mm,顯然不能夠滿足使用要求。該選壓力機(jī)，其型號(hào)為J23-25；其相關(guān)參數(shù)如下：
公稱壓力;250KN
滑塊行程：65mm
最大閉合高度：270mm
封閉高度調(diào)節(jié)量：55mm
最大裝模高度：220mm
壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸(前后、左右)：370mm×560mm
模柄孔尺寸: Φ40mm×60mm
最大傾斜角度：
J23-25的最大裝模高度值220﹥184+5；滿足使用要求。此外，壓力機(jī)的公稱壓力、滑塊行程也都滿足使用要求。
圖8 彎曲模具總裝圖
1 下模座 2 螺釘 3 凹模 4 定位銷
5 凸模 6 上模座 7 螺釘 8 模柄
9 止轉(zhuǎn)銷 10 銷釘 11 上墊板 12 凸模固定板
13 頂件塊 14 下墊板 15 銷釘 16 彈簧
5 模具零部件的加工方法
5.1 沖孔落料模具工作零件的制造
普通零件的加工是按產(chǎn)品零件圖要求全部加工完畢，再進(jìn)行總裝。而模具零件的加工有些是不能按模具零件圖全部加工完畢的，要待部件組裝或整模組裝時(shí)修配或配鉆，所以模具零件圖上的形狀和尺寸是否全部加工出來(lái)，還要根據(jù)模具加工的裝配方法而定。若以凸模凹模為基準(zhǔn)裝配時(shí)，零件圖上的導(dǎo)柱孔在零件加工時(shí)就不加工，若以四導(dǎo)柱導(dǎo)套作型腔，凸模相對(duì)位置控制基準(zhǔn)時(shí)，則凹模及凸模固定板的導(dǎo)柱孔應(yīng)與凹?；蛲鼓９潭ò宓男涂自诟靼逯贤瑫r(shí)加工出來(lái)。
使用銑床加工一個(gè)零件時(shí)，必須先把零件的相關(guān)尺寸、材料、使用刀具、加工參數(shù)確定下來(lái)，保證加工能順利完成，同時(shí)，設(shè)計(jì)方面也要考慮到加工的難易程度，以減少加工的困難，所以在加工前要慎重考慮各種細(xì)節(jié)。在買(mǎi)回來(lái)的模板里，要確定模板的加工基準(zhǔn)，哪些面是基準(zhǔn)面，這一般在訂購(gòu)模板時(shí)會(huì)標(biāo)明那幾個(gè)面是經(jīng)過(guò)打磨，之后就是把加工基準(zhǔn)定下來(lái)，當(dāng)然事前必須準(zhǔn)備好零件圖，根據(jù)零件圖來(lái)定位加工方案，如果要用到數(shù)控編程，就必須把加工原點(diǎn)定出來(lái)。定好加工方案后，就可以開(kāi)始加工，先把臺(tái)虎鉗裝夾到銑床導(dǎo)軌上微微夾緊，然后打表，在打表時(shí)要非常小心，當(dāng)表很靠近工件時(shí)，不能使用太快的進(jìn)給速度，否則很容易碰壞儀表，在校平行度時(shí)，最好先來(lái)回走幾遍，觀察大概偏向，然后使用木錘輕輕敲擊虎鉗，使其保持在很小的偏差范圍就行了，然后夾緊虎鉗，把兩個(gè)基準(zhǔn)方向的平行度定好后，把工件裝上放平然后夾緊，就要把刀具裝到銑床上，利用刀具找正工件坐標(biāo)原點(diǎn)，在設(shè)置坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)要將刀具的半徑算進(jìn)去，這樣才能使主軸對(duì)應(yīng)工件原點(diǎn)，x-y平面的坐標(biāo)定下來(lái)后，確定z方向上的原點(diǎn)，將z方向上的原點(diǎn)設(shè)在工件表面上，以方便編程。之后就是加工，加工程序編好后必須進(jìn)行一次模擬運(yùn)行，察看刀具路線是否會(huì)超出銑床的工作行程，防止出事故。如果程序沒(méi)錯(cuò)，就可以傳到數(shù)控銑床運(yùn)行。不同刀具要使用不同轉(zhuǎn)速，鉆孔要比銑槽的轉(zhuǎn)速慢，進(jìn)給速度要根據(jù)觀察來(lái)手動(dòng)調(diào)試，加工時(shí)要時(shí)刻觀察走刀情況，同時(shí)適當(dāng)加冷卻液及掃除鐵屑，當(dāng)程序完成后，刀具就會(huì)自動(dòng)回原點(diǎn)，（若發(fā)現(xiàn)有不正常的現(xiàn)象，必須馬上停止。）若無(wú)異?，F(xiàn)象即可繼續(xù)做下一工序。
零件加工工藝卡參看附件。
5.2 彎曲模具工作零件的制造
彎曲模零件的加工方法基本與沖裁模相同，一般都是根據(jù)零件的尺寸精度，形狀復(fù)雜程度與表面粗糙度要求及設(shè)備條件，按圖樣進(jìn)行加工與制造。由于彎曲變形工藝的特殊性，彎曲模制造有如下特點(diǎn)：
彎曲模工作部分形狀比較復(fù)雜，幾何形狀尺寸精度要求較高。 在制造時(shí)，凸凹模工作表面的曲線和折線需要事先做好的樣板或樣件來(lái)控制，以保證制造精度，樣板和樣件的精度一般應(yīng)為。由于零件回彈的影響，加工出來(lái)的凸模與凹模的形狀不可能與零件最后形狀完全相同。因此，必須有一定的修正值。該值應(yīng)根據(jù)操作者的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試驗(yàn)后確定，并根據(jù)修正值來(lái)加工樣板和樣件。
彎曲凸凹模的淬火，回火工序是在試模工序后進(jìn)行的 彎曲成形時(shí)，由于材料的彈塑性變形，使彎曲件產(chǎn)生回彈。因此，在制造彎曲模時(shí)，必須考慮材料的回彈值，以便使彎曲的零件能符合圖樣所規(guī)定的要求。由于影響回彈的因素很多，要求設(shè)計(jì)的完全準(zhǔn)確是不可能的。這就要求在制造模具時(shí)，對(duì)其反復(fù)試驗(yàn)和修正，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)凸凹模的尺寸和形狀進(jìn)行精修，直到回彈影響消除為止。為了便于修正，彎曲的凸凹模形狀及尺寸經(jīng)試驗(yàn)確定后，才能進(jìn)行淬硬定形。
彎曲凸凹模加工工序，應(yīng)根據(jù)零件外形尺寸標(biāo)注情況來(lái)選擇 對(duì)于尺寸標(biāo)注在內(nèi)形上的零件，一般先加工凸模，而凹模按凸模配制，并保證一定得間隙值；對(duì)于尺寸標(biāo)注在外形上的零件，應(yīng)先加工凹模，凸模按加工出的凹模配制加工，并保證合適的間隙值。
彎曲凸凹模的圓角半徑應(yīng)加工一致，工作部分表面應(yīng)進(jìn)行拋光，表面粗糙度值應(yīng)在以下 彎曲模工作零件的加工關(guān)鍵是如何保證工作型面的尺寸形狀精度、表面粗糙度。其工藝過(guò)程通常為：鍛制坯料-----退火-----基準(zhǔn)平面加工-------劃線------工作型面粗精加工--------熱處理-----光整加工。由于生產(chǎn)條件不同，所采用的加工工藝過(guò)程也有所不同。如果模具加工設(shè)備比較齊全，可采用電火花，線切割，成形磨削等方法進(jìn)行工作型面的精加工，否則采用普通金屬切削機(jī)床加工和鉗工銼修相配合的加工方案較為合適。
小型彎曲凸凹模常用T8A,T10A鋼，淬硬到58～62HRC.對(duì)于形狀復(fù)雜的或生產(chǎn)批量較大的彎曲件，凸凹模材料可用CrWMn，Cr12，Cr12MoV,淬硬到60～ 64HRC
彎曲凸模沒(méi)有固定的形式，此工件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，所以可以設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單一些，但一定要把回彈角考慮進(jìn)去，凸模成型部分設(shè)置為88°
結(jié)束語(yǔ)
中鉸鏈墊片屬于典型的沖裁件，分析其工藝性，并確定工藝方案。根據(jù)計(jì)算確定該制件的沖裁力及模具刃口尺寸，然后選取相應(yīng)的壓力機(jī)。本設(shè)計(jì)主要是落料凸、凹模及沖孔凸、凹模的設(shè)計(jì)，需要計(jì)算凸凹模的間隙、工作零件的尺寸和公差。此外,還需要確定模具工藝零件和結(jié)構(gòu)零件以及模具的總體尺寸，然后根據(jù)上面的設(shè)計(jì)繪出模具的總裝圖。
由于在零件制造前進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析了制件在生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，采取了相應(yīng)的工藝措施。因此，模具在生產(chǎn)零件的時(shí)候才可以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。
中鉸鏈墊片沖裁件的形狀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是其尺寸相對(duì)較大不適合選用標(biāo)準(zhǔn)模架。要保證零件的順利加工和取件，模具必須有足夠的長(zhǎng)度，因此需要改變上、下模座的長(zhǎng)度，以達(dá)到要求。模具工作零件的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，它可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。便于以后的操作、調(diào)整和維護(hù)。
中鉸鏈墊片沖孔落料模具的設(shè)計(jì)，是理論知識(shí)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，更加系統(tǒng)地對(duì)理論知識(shí)做了更深切貼實(shí)的闡述。也使我認(rèn)識(shí)到，要想做為一名合格的模具設(shè)計(jì)人員，必須要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，并不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)新技術(shù)，樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的觀念，把理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，并堅(jiān)持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的精神，大膽創(chuàng)新，突破新技術(shù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的騰飛做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
致 謝
匆忙之中就馬上就要結(jié)束大學(xué)生活了，作為一名合格的大學(xué)生,畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們每個(gè)人都必須認(rèn)真完成的任務(wù)，也是對(duì)大學(xué)里面所學(xué)所有課程的一次綜合的回顧，也是考驗(yàn)我們?cè)谶@里學(xué)到所有知識(shí)的掌握程度。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)時(shí)間真的有點(diǎn)倉(cāng)促，因?yàn)槠綍r(shí)的知識(shí)掌握不牢固，很多東西都要在圖書(shū)館里面慢慢摸索。不過(guò)值得慶幸的是在這個(gè)過(guò)程中有于智宏老師的耐心指導(dǎo)，每周不顧舟車勞頓辛苦的于老師都會(huì)準(zhǔn)時(shí)為我們的疑問(wèn)做一個(gè)認(rèn)真的答復(fù)，雖然我們的基礎(chǔ)不是很好，老師卻從沒(méi)有放棄我們，總是耐心的鼓勵(lì)和悉心的指導(dǎo)。于老師對(duì)我們的嚴(yán)格要求也給我們一定的壓力，這就讓我們不能自我放縱懈怠，也只有這樣才能靜下心來(lái)做未完成的任務(wù)，雖然我感覺(jué)我們做的還不夠好，還有很多東西我們都不是很清楚明了，但是讓我明白了作為一名模具專業(yè)的畢業(yè)生孜孜以求，學(xué)術(shù)專攻，這些是我們每個(gè)人都必須具備的基本素質(zhì)。同時(shí)，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于精密模具設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)和操作技能有了很大的提高。
另外，我還要特別感謝本專業(yè)的程芳老師,翟德梅老師,楊占堯老師，原紅鈴老師和于智宏等老師對(duì)我的實(shí)驗(yàn)以及論文寫(xiě)作的指導(dǎo)，他們對(duì)我完成這篇論文提供了大力的幫助和支持。
最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專科學(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(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的張宏雷同學(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的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)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！
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