ZL50裝載機(jī)總體及工作裝置設(shè)計(jì)
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1 緒論
1.1 沖壓技術(shù)概論
沖壓是利用安裝在沖壓設(shè)備（主要是壓力機(jī)）上的模具對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形從而獲得所需零件（俗稱沖壓件或沖件）的一種壓力加工方法。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素。沖壓是一種先進(jìn)的金屬加工方法，在國民經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)中占有重要的地位。與機(jī)械加工及塑性加工和其它方法相比，沖壓加工無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)如下[1]：
(1) 沖壓一般沒有切削碎料產(chǎn)生，材料的消耗較少利用率高，一般為70%～85%，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；
(2) 在形狀和尺寸精度方面的互換性較好。一般情況下可直接滿足裝配和使用要求；
(3) 沖壓可加工的尺寸范圍大、形狀復(fù)雜的零件，而這些零件用其它方法是不可能或很難得到的，如薄殼件；
(4) 被加工的金屬在沖壓加工過程中產(chǎn)生加工硬化，金屬內(nèi)部組織得到改善，機(jī)械強(qiáng)度有所提高，所以沖壓件剛度強(qiáng)度較好；
(5) 沖壓時(shí)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(zhì)量，而模具的壽命一般較長(zhǎng)，所以沖壓件的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣”的特征；
(6) 在大量生產(chǎn)的條件下，產(chǎn)品的成本低，經(jīng)濟(jì)效益較高；
(7) 沖裁過程能耗較低。
由此可見沖壓制得的零件具有表面質(zhì)量好重最輕成本低的優(yōu)點(diǎn)。所以沖壓在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。相當(dāng)多的工業(yè)部門越來越多的采用沖壓方法加工產(chǎn)品零件，如汽車、農(nóng)機(jī)、儀器、儀表、電子、航空、航天、家電及輕工業(yè)等行業(yè)。在這些工業(yè)部門中，沖壓件所占的比重相當(dāng)?shù)拇?，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(xiàn)在大多數(shù)也被質(zhì)量輕剛度好的沖壓件所代替。有些機(jī)械設(shè)備往往以沖壓件所占比例的大小作為評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)是否先進(jìn)的指標(biāo)之一[2]。
工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)冷沖壓生產(chǎn)工工藝的發(fā)展是很重視的.不少國家(如美國、日本等)模具工業(yè)產(chǎn)值己超過機(jī)床工業(yè)。從這些國家鋼材構(gòu)成可以看出冷沖壓的發(fā)展趨勢(shì)。鋼帶和鋼板占全部品種的67%，充分說明沖壓這種加工方法己成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和發(fā)展方向。
沖壓技術(shù)的發(fā)展特征是：
(1) 沖壓成形科學(xué)化、數(shù)字化和可控化；
(2) 突出“精、省、凈“三大優(yōu)勢(shì)；
(3) 沖壓成形可以實(shí)現(xiàn)全過程控制；
(4) 產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開始即進(jìn)入控制，考慮工藝；
(5) 沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性。
1.2我國模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)前，我國工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。在這種情況下， 用戶對(duì)模具制造的要求是交貨期短、精度高、質(zhì)理好、價(jià)格低。因此，模具工業(yè)的發(fā)展的趨勢(shì)是非常明顯的。
（1）模具產(chǎn)品發(fā)展將大型化精密化
模具產(chǎn)品成形零件的日漸大型化，以及由于高效率生產(chǎn)要求的一模多腔(如塑封模已達(dá) 到一模幾百腔)使模具日趨大型化。隨著零件微型化，以及模具結(jié)構(gòu)發(fā)展的要求(如多工位級(jí)進(jìn)模工位數(shù)的增加，其步距精 度的提高)精密模具精度已由原來的5μm提高到2～3μm，今后有些模具加工精度公差要求 在1μm以下，這就要求發(fā)展超精加工。
（2）多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展
新型多功能復(fù)合具是在多工位級(jí)進(jìn)?；A(chǔ)上開發(fā)出來的。一套多功能模具除了沖壓成 形零件外，還可擔(dān)負(fù)轉(zhuǎn)位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務(wù)。通過這種多勸能模具生產(chǎn) 出來的不再是單個(gè)零件，而是成批的組件。如觸頭與支座的組件，各種小型電機(jī)、電器及儀 表的鐵芯組件等。
（3）熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高
由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制作的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省制作的原材料和節(jié) 約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。國外熱流道模具已有一半用上了熱 流道技術(shù)，有的廠甚至已達(dá)80%以上，效果十分明顯。國內(nèi)近幾年已開始推廣應(yīng)用，但總體 還達(dá)不到10%，個(gè)別企業(yè)已達(dá)到20%-30%。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高 質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。
（4）氣體輔助注射模具和適應(yīng)高壓注射成形等工藝的模具將積極發(fā)展
氣體輔助注射成形是一種塑料成形的新工藝，它具有注射壓力低、制品翹曲變形少、 表面好以及易于成形壁厚差異較大的制品等優(yōu)點(diǎn)，可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低 成本。國外，已經(jīng)較成熟。國內(nèi)目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成 形包括塑料熔體注射和氣體(一般均采用氮?dú)?注射成形兩面部份，比傳統(tǒng)的普通注射工藝有 更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且氣體輔助注射常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計(jì)和 控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件，顯得十分重要。 為了確保塑料件精度，將繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工 藝與模具。在注射成形中，影響成型件精度的最大因素是成型收縮，高壓注射成型可強(qiáng)制樹 脂收縮率，增加塑件尺寸的穩(wěn)定性。模具要求剛性好、耐高壓。特別是精密模具的型腔應(yīng)淬 火，澆口密封性好，模具能準(zhǔn)確控制。注射壓縮成型技術(shù)，是在模具預(yù)先半開模狀態(tài)或者在 鎖模力保持中壓或低壓，模具在設(shè)定的打開量下，注射溶融樹脂，然后以最大的鎖模力進(jìn)行 壓縮成型，其效果是：(1)成型件局部?jī)?nèi)應(yīng)力小；(2)可得到縮孔少的厚壁成型件；(3)對(duì)于 塑件狹窄的部件也可注入樹脂；(4)用小注射力能得到優(yōu)良制品。該類模具的理想結(jié)構(gòu)是：(1) 注射時(shí)樹脂以低的流動(dòng)阻力迅速充填型腔；(2)充填完后能立即遮斷澆口部；(3)壓縮作用應(yīng) 僅限于型腔部。
（5）快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊
現(xiàn)在是多品種、少批量生產(chǎn)的時(shí)代，到下一個(gè)世紀(jì)，這種生產(chǎn)方式占工業(yè)生產(chǎn)的比例 將達(dá)75%以上。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均 要求模具的生產(chǎn)周期越快越好。因此，開發(fā)快速經(jīng)濟(jì)具越來越引起人們的重視。例如，研制 各種超塑性材料(環(huán)氧、聚脂等)制作或其中填充金屬粉末、玻璃纖維等的簡(jiǎn)易模具：中、低 熔點(diǎn)合金模具、噴涂成型模具、快速電鑄模、陶瓷型精鑄模、陶瓷型吸塑模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經(jīng)濟(jì)模具將進(jìn)一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外， 采用計(jì)算機(jī)控制和機(jī)械手操作的快速換模裝置、快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高。
（6）模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛
使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本。 因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件 規(guī)格品種，發(fā)展和完善聯(lián)銷網(wǎng)，保證供貨迅速。
（7）模具使用優(yōu)質(zhì)材料及應(yīng)用
先進(jìn)的表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受重視在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中，材料所占比重不大，一般在20%～30%之間，因此選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。對(duì)于模具鋼來說，要采用電渣 重熔工藝，努力提高鋼的純凈度、等向性、致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼。如采用粉末冶金工藝制作的粉末高速鋼等。粉末高速鋼解決了原來高速鋼冶煉過程 中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析，從而影響材質(zhì)的問題。其碳化物微細(xì)，組織均勻，沒有材 料方向性，因此它具有韌性高、磨削工藝性好、耐磨性高、長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，是一 種很有發(fā)展前途的鋼材。特別對(duì)形狀復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具，其優(yōu)越性更加突出。這 種鋼材還適用于注射成型漆加玻璃纖維或金屬粉末的增強(qiáng)塑料的模具，如型腔、形芯、澆口 等主要部件。另外，模具鋼品種規(guī)格多樣化、產(chǎn)品精料化、制品化，盡量縮短供貨時(shí)間亦是 重要方向。模具熱處理和表面處理是能否充分發(fā)揮模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展 方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法，即擴(kuò)滲如：滲碳、滲 氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昴貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子 噴涂等技術(shù)。
（8）在模具設(shè)計(jì)制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向?，F(xiàn)在，全面普及CAD/CAM/CAE技術(shù)已基本成熟。由于模具 CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件 價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機(jī)的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普 及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條伯。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，技術(shù)培訓(xùn)工作也日趨 簡(jiǎn)化。在普及推廣模具CAD/CAM技術(shù)的過程中，應(yīng)抓住機(jī)遇，重點(diǎn)扶持國產(chǎn)模具軟件的開發(fā) 和應(yīng)用。
加大技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度。應(yīng)時(shí)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。對(duì)于已普及了 模具CAD/CAM技術(shù)的一批以家電行業(yè)代表的企業(yè)來說，應(yīng)積極做好模具CAD/CAM技術(shù)的深化 應(yīng)用工作，即開展企業(yè)信息化工程，可從CAPP,PDM，CIMS,VR，逐步深化和提高。
（10）快速原型制造(RPM)技術(shù)得到更好的發(fā)展
快速原型制造(RPM)技術(shù)是美國首先推出的。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光成形技術(shù)和 新材料技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是一種全新的制造技術(shù)，是基于新穎的離散/堆積(即材料累加) 成形思想，根據(jù)零件CAD模型、快速自動(dòng)完成復(fù)雜的三維實(shí)體(原型)制造。RPM技術(shù)是集精 密機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、NC技術(shù)、激光成形技術(shù)和材料科學(xué)最新發(fā)展的高科技技術(shù)，被公認(rèn) 為是繼NC技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。
RPM技術(shù)可直接或間接用于模具制造。首先是通過立體光固化(SLA)疊層實(shí)體制造(LOM) 激光選區(qū)燒結(jié)(SLS)、三維打印(3D-P)熔融沉積成形(FDM)等不同方法得到制件原型。然后通 過一些傳統(tǒng)的快速制模方法，獲得長(zhǎng)壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具。主要有精密鑄 造、粉末冶金、電鑄和熔射(熱噴涂)等方法。這種方法制模，具有技術(shù)先進(jìn)、成本較低、設(shè) 計(jì)制造周期短、精度適中等特點(diǎn)。從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間 的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技術(shù)與快速原型制造技術(shù)的結(jié)合，將是傳統(tǒng)快速 制模技術(shù)，進(jìn)一步深入發(fā)展的方向。 RPM技術(shù)還可以解決石墨電極壓力振動(dòng)(研磨)成形法中母模(電極研具)制造困難問題， 使該法獲得新生。青島海爾模具有限公司還構(gòu)建了基于RE(逆向工程技術(shù))/RPM的模具并行 開發(fā)系統(tǒng)，具有開發(fā)質(zhì)量高、開發(fā)成本低及開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。
（11）高速銑削加工將得到更廣泛的應(yīng)用
國外近年來發(fā)展的高速銑削加工 ，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到40000～100000r/min,快速進(jìn)給速 度可達(dá)到30～40m/min，換刀時(shí)間可提高到1～3S。這樣就大幅度提高了加工效率，如在加 工壓鑄模時(shí)，可提高7～8倍，并可獲得Ra≤10um的加工表面粗糙度。形狀精度可達(dá)10um。 另外，還可加工硬度達(dá)60HRC的模塊，形成了對(duì)電火花成形加工的挑戰(zhàn)。因此，高速銑削加 工技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了模具加工的發(fā)展，特別是對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型腔模具制造方面注 入了新的活力。
（12）模具高速掃描及數(shù)字化系統(tǒng)將發(fā)揮更大的作用
英國雷尼紹公司的模具掃描系統(tǒng)，已在我國200多家模具廠點(diǎn)得到應(yīng)用，取得良好效 果。該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕牡哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短的研 制制造周期。如RENSCAN200快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上， 用雷尼紹的SP2-1掃描測(cè)頭實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，控制核心是雷尼紹TRACECUT軟件，可自動(dòng) 生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工等程序及不同格式的CAD數(shù)據(jù)。用于模具制造業(yè)的“逆向工 程”。該公司又推出了CYCLON高速掃描機(jī)，這是一臺(tái)獨(dú)立工作的專門用來掃描的設(shè)備，不占 用加工機(jī)床的工作時(shí)間。其掃描速度最高可達(dá)3m/min，大大縮短了模具制造周期，另外， 其數(shù)據(jù)采集速度比RENSCAN200快，定時(shí)探針接觸力小 ，因此可以用非常細(xì)的探針，用來掃 描細(xì)小的模具和細(xì)微的特征表面 ，擴(kuò)大模具生產(chǎn)的品種范圍。由于模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、定電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期 間將發(fā)揮更大作用。
（13）模具研磨拋光將向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展
模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使 用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主，不僅效率 低(約占整個(gè)模具制造周期的1/3)，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工 向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了數(shù)控 研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具研磨拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了 數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三給曲面模具研磨拋光的自動(dòng)化。另外，由于模具型腔形狀復(fù)雜，任何 一種研磨拋光方法都有一定局限性。應(yīng)注意發(fā)展特種研磨與拋光、如擠壓衍磨、電化學(xué)拋光、 超聲拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備，以提高模具表面質(zhì)量。
（14）模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展
隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展，國外已出現(xiàn)了模具自動(dòng)加工系統(tǒng)。這也是我國長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展 的目標(biāo)。模具自動(dòng)加工系統(tǒng)應(yīng)有如下特征：多臺(tái)機(jī)床合理組合；配有隨行定位夾具或定位盤； 有完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫；有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)；有質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。
1.3 復(fù)合模的主要特點(diǎn)
復(fù)合模結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度較高，生產(chǎn)率也高，適合大批量生產(chǎn)，特別是孔與制件外形的同心度容易保證。但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。
按照落料凹模安裝的位置，復(fù)合?？煞譃檎b與倒裝兩種形式。
1.4 模具CAD技術(shù)
CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design)的簡(jiǎn)稱，指利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件進(jìn)行的設(shè)計(jì)活動(dòng)，包括使用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫、程序庫(有時(shí)候也簡(jiǎn)稱為方法庫)及通訊等技術(shù)來完成設(shè)計(jì)過程的信息檢索、分析、綜合、造型、修改及文件的編制工作。
模具CAD是模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Die Design)的簡(jiǎn)稱，指用計(jì)算機(jī)作為主要的技術(shù)手段來生成和運(yùn)用各種數(shù)字和圖像信息，以進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。模具CAD系統(tǒng)為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)高效的設(shè)計(jì)環(huán)境，使人的創(chuàng)造性獲得完美的發(fā)揮，擺脫了大量煩瑣的重復(fù)性繪圖工作。更重要的是改變了傳統(tǒng)的圖紙、實(shí)物傳遞方式，從而大幅度地提高了模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)于傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造是一次重大的變革[3]。它是至今以來最具有生產(chǎn)潛力的工具之一，也是未來模具行業(yè)持續(xù)生存和發(fā)展前提。
自從美國Die Comp公司于1971年在簡(jiǎn)單級(jí)進(jìn)模中首先將CAD/CAM技術(shù)引入到?jīng)_模設(shè)計(jì)與制造中以來，沖模以CAD/CAM技術(shù)已成為沖壓工藝與模具的主要發(fā)展方向之一。1978年日本機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了MEL系統(tǒng)，采用了圖形顯示設(shè)備和交互圖形設(shè)計(jì)技術(shù)，使CAD開始走向?qū)嵱没?。?0年代中期，人工智能技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中獲得應(yīng)用，美國Purdue大學(xué)的G.Eshel等于1984年開發(fā)了軸對(duì)稱拉深件沖壓工藝設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng).1992年印度學(xué)者Y.K.D.V .Prasad等在AUTOCAD基礎(chǔ)上開發(fā)了普通沖裁模的CAD/CAM系統(tǒng)CADDS.采用參數(shù)化編程技術(shù)建立了模具標(biāo)準(zhǔn)件庫，但模具設(shè)計(jì)仍以交互式圖形設(shè)計(jì)為主。1991年,Michael R. Doffey等在探討級(jí)進(jìn)模的CAD/CAM時(shí)針對(duì)簡(jiǎn)單鉸鏈件的沖壓加工開發(fā)了一個(gè)利用特征(Feature)作為表達(dá)知識(shí)單元的系統(tǒng)[12]。該系統(tǒng)將模具的表達(dá)分為幾何實(shí)體、特征、零件、裝配等四個(gè)層次，條料排樣采用基于規(guī)則的推理方法及自動(dòng)設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)及零件的設(shè)計(jì)分為標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)設(shè)計(jì)和凸、凹模等非標(biāo)準(zhǔn)件交互設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，使模具設(shè)計(jì)走向智能化方向。
我國在沖壓模具的CAD/CAM方面也取得了重大進(jìn)展。上海交通大學(xué)在20世紀(jì)80年代初期開展了大規(guī)模的CAD/CAM研究開發(fā)工作，采用交互設(shè)計(jì)方法和進(jìn)行條料排樣，模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)方面采用了典型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)零件的自動(dòng)調(diào)用和交互設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)庫，貯存了各種沖模的典型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)零件、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法和步驟，并向用戶開放，目前在上海交通大學(xué)已建立了模具CAD/CAM國家工
程中心。
華中科技大學(xué)于1981年首先開始了精沖模的CAD/CAM工作。近年來，在沖壓件特征建模、專家系統(tǒng)以及CAD/CAM系統(tǒng)柔性化方面都取得了卓越的成就，并建立了模具CAD/CAM國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
國內(nèi)其他高校、研究所和大型企業(yè)在沖模CAD/CAM方面也進(jìn)行了許多探索和實(shí)踐，并獲得了眾多可喜的成果。
從以上沖壓工藝與模具的各個(gè)發(fā)展方向中可以看出，“沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)技術(shù)”是一門從事現(xiàn)代塑性加工所必須掌握的重要課程，該技術(shù)的理論性和實(shí)用性均很強(qiáng)，因此，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度研究、探討，并側(cè)重加強(qiáng)工程實(shí)踐能力。
1.5 本課題的來源及主要任務(wù)
本課題主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)一落料拉深沖孔復(fù)合模，繪制出模具裝配圖和大部分零件圖，熟悉復(fù)合模設(shè)計(jì)步驟，并與課程設(shè)計(jì)過的彎曲模和級(jí)進(jìn)模作個(gè)比較，了解復(fù)合模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
本課題任務(wù)主要有兩個(gè)特點(diǎn)：1.涉及沖壓模具方面的知識(shí) 2.涉及機(jī)械制造方面的知識(shí)。從上述任務(wù)特點(diǎn)可以知道，本課題知識(shí)的綜合性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)面較廣。
2 沖壓件的工藝性分析
制件如圖-1所示
材料為10鋼板，板厚1mm，制件精度為IT11級(jí).，形狀簡(jiǎn)單，尺寸不大，大批量生產(chǎn)，
屬普通沖壓件。
工藝性分析
根據(jù)制件的材料、厚度、形狀及尺寸，在沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：
1） 該制件為落料拉深沖孔件，在設(shè)計(jì)時(shí)，毛坯尺寸要計(jì)算準(zhǔn)確
2） 沖裁間隙、拉深凸凹模間隙應(yīng)符合制件的要求
3） 各工序凸凹模動(dòng)作行程的確定應(yīng)保證各工序工作穩(wěn)妥、連貫。
2.1工藝方案的分析和確定
工藝方案的分析
根據(jù)制件的工藝性分析，其基本工序有落料、拉深、沖孔三種。
拉深件的毛坯尺寸及拉深次數(shù)，應(yīng)通過計(jì)算確定
2.1.1: 毛坯直徑D的計(jì)算
因?yàn)槔钕鄬?duì)高度h/d=16/99=0.162，因?yàn)槭菬o凸緣零件，h<20,查課本表4-3，取修邊余量δ=1mm
毛坯直徑D按下式計(jì)算:
D=[d 12+4d2(h+δ)+6.28rd1+8r2]1/2
=[942+4*99(16+1)+6.28*2.5*94+8*2.52] 1/2
=130.74mm
2.1.2: 拉深次數(shù)n的計(jì)算
因?yàn)閠/D*102=100/130.74=0.765, 所以查表知采用壓邊圈。拉伸系數(shù)m=d/D=99/130.74=0.757 查表知可一次拉深出零件尺寸的外形。同理，零件內(nèi)部尺寸拉深也可以一次拉深成形。
2.2工藝方案的確定
因制件有落料、拉深、沖孔三道工序，故可采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模。
沖裁凸凹模的設(shè)計(jì)原則：
模具的刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理間隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差來保證。叢生產(chǎn)實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)：
1） 由于凸凹模之間存在間隙，使落下的料或沖出的孔都是帶有錐度的，且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸，沖孔件的小段端尺寸等于凸模尺寸。
2） 在測(cè)量與使用中，落料件是以大端尺寸為基準(zhǔn)，沖孔件以小端尺寸為基準(zhǔn)。
3）沖裁時(shí)，凸、凹模要與沖裁零件或廢料發(fā)生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，結(jié)果使間隙越來越大。
由此在決定模具刃口尺寸及其制造公差時(shí)，需考慮下述原則：
1） 落料件尺寸由凹模尺寸決定，沖孔時(shí)的尺寸由土模尺寸決定。 故設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凹模上.
2）考慮到?jīng)_裁中凸、凹模的磨損，設(shè)計(jì)落料模時(shí)，凹?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)較小的尺寸；設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸?；境叽鐒t應(yīng)取工件孔的尺寸公差范圍較大的尺寸。這樣，在凸凹模磨損到一定程度的情況下，仍能沖出合格零件。凸、凹模間隙則取最小合理間隙值。
確定沖裁刃口制造公差時(shí)，應(yīng)考慮制件的精度要求。如果對(duì)刃口精度要求過高，會(huì)使模具制造困難，增加成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期；如果刃口精度要求過低，則生產(chǎn)出來的零件可能不合格，或是使模具的壽命降低。若零件沒有標(biāo)注公差，則對(duì)于非圓形件可按IT14級(jí)精度來處理，沖模則可以按IT11級(jí)精度制造；對(duì)于圓形件，一般可按IT6~7精度來制造模具.
落料刃口尺寸計(jì)算：
先以凹模為基準(zhǔn)件，然后配做凸模。凹模磨損后，尺寸變大，
根據(jù)公式A=（A-x △）
式中: A——工件標(biāo)稱尺寸（mm）；
A——凹模刃口尺寸(mm);
△ ——工件公差（mm）;
x——系數(shù)，為了使沖裁件的實(shí)際尺寸盡量接近沖裁件公差帶的中間尺寸，與工件制造精度有關(guān)
——凹模制造偏差（mm）, =△/4
2.3 計(jì)算各工序壓力、壓力中心、初選壓力機(jī)
計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選用沖床和設(shè)計(jì)模具，沖床的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。
2.3.1沖裁力的計(jì)算
落料力的計(jì)算
查手冊(cè)，10號(hào)鋼，抗拉強(qiáng)度440MPa
F落=πdtτ=3.14*130.74*1*440=180.630KN
卸料力的計(jì)算
查手冊(cè)K1=0.04~~0.05，取K1=0.045。
F卸=K1F沖=0.045*180.63=8.128KN
拉深力的計(jì)算
查手冊(cè) 10鋼 σb=440MPa, K1=0.50
零件外部拉深時(shí) F拉=πd1tσb k1
=3.14*130.74*1*440*0.50
=90315.2N
=90.3152KN
零件內(nèi)部小尺寸拉深時(shí) F'拉=67.698KN
沖孔力的計(jì)算
F沖=135.397KN
壓力機(jī)總壓力
F總=F落+F卸+F拉+F'拉+F沖
=180.63+8.128+90.315+67.698+135.397
=482.168（KN）
2.3.2初選壓力機(jī)
沖壓設(shè)備的選用原則:
（1）壓力機(jī)的行程大小，應(yīng)該能保證成行零件的取出與毛坯的放進(jìn)，例如拉深所用壓力機(jī)的行程，至少應(yīng)大于成品零件高度的兩倍以上。
（2）壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸應(yīng)大于沖模的平面尺寸，且還須留有安裝固定的余地，但是過大的工作平面上安裝小尺寸的沖模對(duì)工作臺(tái)的受力是不利的。壓力機(jī)工作臺(tái)面的尺寸大于壓力機(jī)滑塊底面積, 壓力機(jī)滑塊底面積必須大于模具的尺寸,所以只須考慮壓力機(jī)滑塊底面積的大小.
（3）所選的壓力機(jī)的封閉高度應(yīng)與沖模的封閉高度相適用。
模具的閉合高度H0是指上模在最低的工作位置時(shí)，下模板的底面到上模板的頂面的距離。壓力機(jī)的閉合高度H是指滑塊在下死點(diǎn)時(shí)，工作臺(tái)面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機(jī)，其連桿長(zhǎng)短能調(diào)節(jié)，也即壓力機(jī)的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機(jī)有最大閉合高度Hmax和最小閉合高度Hmin。
設(shè)計(jì)模具時(shí)，模具閉合高度H0得數(shù)值應(yīng)滿足下式
Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm
無特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：H0≥Hmin+1/3L，這是為了連桿調(diào)節(jié)過長(zhǎng)，羅紋接觸面積過小而被壓壞。如果模具閉合高度實(shí)在太小，可以在壓床臺(tái)面上加墊板。
根據(jù)以上原則：
由于制件是一件小型制件，選開式可傾壓力機(jī)。選JB23-63開式雙柱可傾壓力機(jī)，公稱壓力630KN。
2.3.4確定壓力中心
由于該制件的毛坯及各工序件都為圓形軸對(duì)稱圖形，而且只有一個(gè)工位，因此壓力中心必定與制件的幾何中心重合
2.4沖壓工序
1)剪床下料
2)落料拉深沖孔
3)檢驗(yàn)
2.5模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.5.1模具結(jié)構(gòu)選擇
由制件外形、尺寸，應(yīng)采用落料、拉深、沖孔復(fù)合模具。該落料沖孔模具選用后側(cè)導(dǎo)柱模架，導(dǎo)柱在模架后面分布，左右方向送料，操作較方便。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB2855.1——81，HT200.凹模邊界L=250mm,B=250mm.模具結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1—托桿 2—導(dǎo)套 3—壓料板（卸料板） 4—拉深凸模（沖孔凹模） 5—擋料銷
6—拉深凹模（落料凸模） 7—固定板 8—頂出器 9—頂銷 10 —頂板 11—推桿 12—沖孔凸模 13—墊板 14—彈性卸料板 15—落料凹模
2.5.2模具工作部分的尺寸和公差的確定
①計(jì)算落料凸凹模刃口尺寸
查手冊(cè)，由制件外形尺寸可得，制造公差為△=0.14mm;
精度IT10級(jí)，x=1。
凸模δp=0.016mm,凹模δd=0.024mm
凹模：
Dd=(D-x△)+δd
=(100-1*0.14)+0.024
=99.86+0.024
凸模:
Dp=(Dd-Zmin)δp
=(D-x△-Zmin)δp
=(99.86-0.1)-0.016
=99.76-0.016
②計(jì)算拉深凸凹模工作部分的尺寸
查手冊(cè): 凸模δp=0.080mm,凹模δd=0.12mm
制件要求外形尺寸
凹模:
Dd=(D-0.14△) +δd
=(100-0.14*1)+0.12
=99.86+0.12mm
凸模:
查手冊(cè),拉深模單邊間隙Z/2=1.1t=1.1mm
Dp=(D-0.75△-Z) - δp
= (100-0.75*0.14-2.2)-0.080
=97.695-0.080mm
2.5.3模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
① 凹模周界尺寸計(jì)算
因制件外形簡(jiǎn)單,制件尺寸也不大,而且只有一個(gè)工位,故應(yīng)采用整體式圓形凹模比較合理.
凹模高度：H=Kb(>=15mm)=0.18*130=23.4mm,初選為25mm.
凹模壁厚：C=(1.5~2)H=37.5~50,取c=45mm
所以凹模外徑：L=130+2*45=220(mm)
根據(jù)冷沖壓典型組合尺寸有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
凹模外徑D取250mm
②選擇模架及確定其他零件
根據(jù)凹模周界尺寸D=250mm,考慮采用橫向送料，故擬用后側(cè)導(dǎo)柱圓形模架，查手冊(cè)，可得模架規(guī)格：250*250(GB/T2851.6-1990)
其他零件規(guī)格：
上模座：250*50 （GB/T2855.11-1990）
下模座：250*65 （GB/T2851.12-1990）
導(dǎo) 柱：32*210 （GB/T2861.1 -1990）
35*210 （GB/T2861.1 -1990）
導(dǎo) 套：32*115*48 （GB/T2861.6 -1990）
35*115*48 （GB/T2861.6 -1990）
模 柄：A50x110
卸料螺釘：
按GB2867.6-81選d=12mm的內(nèi)六角卸料螺釘,螺柱長(zhǎng)L=116mm。卸料螺釘窩深應(yīng)滿足
③ 閉合高度H0：
模具閉合高度應(yīng)為上模、下模板、彈性卸料板、凹模、墊板、固定板等厚度的總和。即
H0=（60+6+20+68+65+10-1）mm=228mm
“-1mm”是考慮凸模進(jìn)入凹模的深度。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，可略有增減，以制件完全分離為準(zhǔn)。
所選壓力機(jī)閉合高Hmax240mm,Hmin=210
滿足：Hmax-5mm≥H0≥Hmin+10mm
2.6整修工序
整修是將普通沖裁后的毛坯放在整修模中，進(jìn)行一次或多次加工，除去粗糙不平的沖裁剪切面和錐度，從而得到光滑平整的斷面。整修后，零件尺寸精度可達(dá)IT6~IT7級(jí)，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.8~0.4um.常用的整修方法主要有外緣整修、內(nèi)孔整修、疊料整修和振動(dòng)整修。
1—下模座 2—墊板 3—凹模固定板 4—導(dǎo)柱 5—導(dǎo)套 6—整形凹模
7—凸模固定板 8—整形凸模 9—上模座 10—螺釘
11—推桿 12—模柄 13—推件器 14—銷釘
①外緣整修
其整修過程相當(dāng)于用壓力機(jī)切削加工。將預(yù)先留有整修余量的工件置于整修凹模上，由凸模將毛坯壓入凹模，毛坯外緣金屬纖維被凹模切斷，形成環(huán)行切削n1,n2….隨著凸模下降，外緣金屬纖維逐步被切去，切屑逐步外移斷裂，直至最后階段，切屑成長(zhǎng)減弱，又相當(dāng)于普通剪切變形，產(chǎn)生裂紋，完全切斷分離。整修后得到的工件斷面光潔垂直，只是在最后斷裂時(shí)有很小的粗糙面（約0.1mm左右）。外緣整修的質(zhì)量與整修次數(shù)、整修余量及整修模結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。
整修次數(shù)與工件的材料厚度、形狀有關(guān)。對(duì)于厚度在3mm以下，外形簡(jiǎn)單、圓滑的工件一般只需一次整修，厚度大于3mm或工件有尖角時(shí)，需進(jìn)行多次整修，否則會(huì)產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。一次整修余量沿外形周邊需均勻分布。
毛坯上所留整修余量必須適當(dāng)，才能保證整修后得到光滑平直的斷面。從圖可看到，總的雙邊切除余量為
S=Z+△D
式中 S——總的雙邊被切除金屬量;
Z——落料模雙邊間隙（mm）;
△D——雙邊整修余量（mm）
②內(nèi)孔整修
切除余量的內(nèi)孔整修，其工作原理與外緣整修相似，不同的是利用凸模切除余量，整修目的是校正孔的坐標(biāo)位置，降低表面粗糙度和提高孔的尺寸精度，一般可達(dá)IT5—IT6級(jí)，表面粗糙度Ra值達(dá)0.2um.這種整修方法除要求凸模刃口鋒利外，還需有合理的余量。過大的余量不僅會(huì)降低凸模壽命，而且切斷面將被拉裂，影響光潔度與精度。余量過小則不能達(dá)到整修的目的。修孔余量與材料種類、厚度、預(yù)先制孔的方式（沖孔或鉆孔）等因素有關(guān)。修孔余量可用下式計(jì)算：
△D =2s+c=2.82x+c
式中△D——雙邊修孔余量（mm）；
S——修正前孔具有的最大偏心距（mm）;
C——補(bǔ)償定位誤差，可查表；
△x, △y——修正前孔可能具有的最高坐標(biāo)誤差。
內(nèi)孔整修時(shí)，凸模應(yīng)從孔的小端進(jìn)入?？自谡藓笥捎诓牧系膹椥宰冃危箍讖缴杂锌s小，其縮小值近似為：鋁0.005~0.010mm,黃銅0.007~0.012mm,軟鋼0.008~0.015mm.
內(nèi)孔整修還有一種是用心棒精壓。它是利用硬度很高的心棒或鋼珠，強(qiáng)行通過尺寸稍小一些的毛坯孔，將孔表面壓平。此法用于d/t≥3~4及t<3mm的情況。它不但可以利用鋼珠加工圓形孔，而且可以利用心棒加工帶有缺口等的非圓形孔。
③疊料整修
用一般的整修方法，要得到小的間隙必須有相當(dāng)高精度的模具，而且還有一個(gè)最佳整修余量的選擇問題，通過一次整修不一定能得到光滑的表面。
由于整修時(shí)凸模不進(jìn)入凹模內(nèi)，所以模具制造容易，而且也不存在凸模的磨損問題，與一般整修方法相比，適用材料的范圍和允許加工余量的范圍都寬。其缺點(diǎn)是在下一行行程的毛坯進(jìn)入之后，就必須除去切屑，所以需要有相應(yīng)的措施。為提高切削性能和使切屑容易排出，可以采用在凹模端面上加工出10°~15°的前角或斷屑槽，以及用高壓的壓縮空氣吹掉切屑。此外，由于下一次行程的毛坯起了凸模作用。而毛坯比凸模的料軟得多，相當(dāng)于在凸模刃口加上圓角，因而產(chǎn)生的毛坯相當(dāng)大。
④振動(dòng)整修
是借助與專門壓力機(jī)在凸模上附加一個(gè)軸向振動(dòng)，斷續(xù)地進(jìn)行切削。這樣使原來比較難于整修的材料變得容易整修，還能降低整修表面的粗糙度。
結(jié)論：
(1)通過對(duì)防塵蓋工件的工藝分析，充分了解了此零件的各種工藝，以及在設(shè)計(jì)模具和工序安排過程中應(yīng)該注意的事項(xiàng)，使工藝過程和模具設(shè)計(jì)更趨于合理化，掌握了設(shè)計(jì)時(shí)的工序安排過程中應(yīng)該注意的原則和一些必要的事宜。
(2)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到前后工序的關(guān)聯(lián)性，以及模具的關(guān)聯(lián)性，合理安排工序，盡量使模具的結(jié)構(gòu)更緊密。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中還要考慮到所設(shè)計(jì)零件的可加工性，要盡可能多的選用標(biāo)準(zhǔn)零件，達(dá)到規(guī)范化設(shè)計(jì)的要求。
(3)大量運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)扭AutoCAD來完成模具的設(shè)計(jì)，從而省不少時(shí)間和精力，同時(shí)也使設(shè)計(jì)更趨于精確化，規(guī)范化，系統(tǒng)化。
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在完成過程中得到老師的悉心指導(dǎo)，多次親自來到寢室詢問設(shè)計(jì)進(jìn)度，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓設(shè)計(jì)思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，令我非常敬佩，設(shè)計(jì)雖歷時(shí)三月，卻給以終生受益無窮之道。對(duì)郭老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。同時(shí)感謝身邊同學(xué)的積極幫助，通過交流，作者獲益匪淺。在此也表示衷心的感謝!
由于作者水平有限，論文內(nèi)容難免存在疏漏之處，肯請(qǐng)各位老師及讀者給予批評(píng)指正。
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