關(guān)于沖壓模具的研究和設(shè)計(jì)

褲扣鈑金件及沖壓模具設(shè)計(jì)上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE34PAGE33第一章緒論1．1引言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(rèn)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。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一國產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志和發(fā)展程度的標(biāo)志之一。工業(yè)的進(jìn)步速度越來越快，經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展及市場競爭的日趨激烈，要求企業(yè)有更快的市場響應(yīng)速度，并提供更高質(zhì)量的產(chǎn)品。這些都突出表現(xiàn)在模具制造行業(yè)，多品種小批量生產(chǎn)已成為機(jī)械制造行業(yè)的主流，其中利用鈑金模具生產(chǎn)的鈑金制品，就是使用最為廣泛的一種。[1]近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。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、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計(jì)中。[2]

市場對模具的更新?lián)Q代速度要求越來越快，數(shù)量越來越多，質(zhì)量日益提高，供貨期變短。因此打破傳統(tǒng)方式的鈑金模具制造，Pro/Engineer在鈑金模具設(shè)計(jì)上有著強(qiáng)大的功能，Pro/Engineer軟件的制造周期短，精度高，能滿足各種自由曲線，曲面的流線型外形的設(shè)計(jì)要求，更加直觀的進(jìn)行設(shè)計(jì)。[3]1．2沖壓模具的介紹沖壓是通過模具對板材施加壓力或拉力，使板材塑性成形，有時對板料施加剪切力而使板材分離，從而獲得一定尺寸，形狀和性能的一種零件加工方法。由于沖壓加工經(jīng)常在材料冷狀態(tài)下進(jìn)行，因此也稱冷沖壓。沖壓加工的原材料一般為板材或帶材，故也稱板材沖壓。[4]一個沖壓零件，如用簡易模具沖刺，一般說來，每項(xiàng)沖壓工序，如沖裁（沖孔，沖切，落料，彎曲，拉深，成型等，需要一副模具。這對于一個比較復(fù)雜的沖壓零件來說，則需要幾副模具才能完成，因此這種簡易模具的生產(chǎn)效率，相對來說是較低的。對于那些大批量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品，用簡易模具進(jìn)行生產(chǎn)是不適合的。[5]沖壓加工的材料利用較高，一般可達(dá)70%~80%，沖壓加工的能耗也較低，由于沖壓生產(chǎn)線具有節(jié)材，節(jié)能和高生產(chǎn)率等特點(diǎn)，所以沖壓件呈批生產(chǎn)時，其成本比較低，經(jīng)濟(jì)效益較高。沖壓件在形狀和尺寸精度方面的互換性好，一般情況下，可以直接滿足裝配和使用要求。此外，在沖壓加工過程中由于材料經(jīng)過塑性變形，金屬內(nèi)部組織得到改善，機(jī)械強(qiáng)度有所提高，所以，沖壓件具有質(zhì)量輕，剛度好，精度高和外表光滑，美觀等特點(diǎn)。沖壓加工作為一個行業(yè)，在國民生活中有著極其重要的意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年我國生產(chǎn)汽車沖壓件約240萬噸/8億件，摩托車沖壓件約28萬噸/19億件，拖拉機(jī)、農(nóng)用車沖壓件約96萬噸/7.1億件，家用空調(diào)和冰箱沖壓件100萬噸/12.8億件。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，隨著沖壓成形行業(yè)最大用戶市場--汽車行業(yè)今后繼續(xù)迅猛發(fā)展，中國沖壓行業(yè)已迎來了一個快速發(fā)展機(jī)遇期，但能否抓住機(jī)遇獲得新的更快的發(fā)展，專家指出，前進(jìn)的道路上尚有許多阻力和障礙需要克服與突破。要改變當(dāng)前大部分還是手工上下料的落后局面，結(jié)合具體情況，采取新工藝，提高機(jī)械化、自動化程度。汽車車身覆蓋件沖壓應(yīng)向單機(jī)連線自動化、機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線，特別是大型多工位壓力機(jī)方向發(fā)展。爭取加大投資力度，加速沖壓生產(chǎn)線的技術(shù)改造，使盡早達(dá)到當(dāng)今國際水平。[7]1.3連續(xù)沖壓模具的介紹連續(xù)沖壓是指在壓力機(jī)的一次行程中，在一副模具的不同工位同時完成多種工序的沖壓。所采用的工序稱為連續(xù)模，又稱級進(jìn)模，跳步模。在連續(xù)沖壓中，不同的沖壓工序分別按一定的次序排列，配料按步距間隙移動，在等距離的不同工位上完成不同的沖壓工序，經(jīng)逐個工位的沖刺后，便得到一個完整的零件或半成品。一般來說，無論沖壓零件的形狀怎樣復(fù)雜，沖壓工序怎樣多，均可用一副多工位連續(xù)模沖制完成。對于批量非常大而厚度較薄的中小型沖壓件，特別適宜采用精密多工位連續(xù)模加工。在各類冷沖模中，連續(xù)模所占比例約為27%。連續(xù)模沖壓具有以下特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高。連續(xù)模屬于多工序模，在一副模具中可包括沖裁，彎曲，拉伸，成形等多道工序，因而具有高的勞動生產(chǎn)率率。操作安全。因?yàn)槭植槐剡M(jìn)入危險區(qū)域，自動送料時，模具內(nèi)裝有安全檢測裝置，可防止加工時發(fā)生誤送進(jìn)或意外。模具壽命時間長。由于工序不必集中在一個工位，不存在最小壁厚的問題，且改變了凸凹模受力情況，因而模具強(qiáng)度高，壽命較長。易于自動化。大量生產(chǎn)時，可采用自動送料機(jī)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)沖壓過程的機(jī)械化和自動化。由于連續(xù)模的這些特點(diǎn)，當(dāng)零件形狀異常復(fù)雜，經(jīng)過沖制后不便于再單獨(dú)重新定位的零件。采用多工位連續(xù)模在一副模具內(nèi)連續(xù)完成最為理想，如橢圓形的零件，在使用簡易沖?；驈?fù)合模無法設(shè)計(jì)的模具或制造模具的情況下，采用多工位連續(xù)模卻能解決問題。此外，一些由于使用或裝配的需要，零件需規(guī)則排列時，也可采用連續(xù)模沖制，零件先不切除下來，而被卷成盤料，在自動裝配過程中才予以分離。同一產(chǎn)品上的兩個沖壓零件，其某些尺寸間有相互關(guān)系，甚至有一定的配合關(guān)系，在材質(zhì)，料厚完全相同的情況下，如果用兩套模具分別沖制，不僅浪費(fèi)原材料，而且還不能保證配合精度，若將兩個零件合并在一副多工位連續(xù)模上同時沖裁，可大大提高材料利用率，并能很好地保證零件的配合精度。但連續(xù)模的造價高，制造周期長，在使用時需要被加工的零件的產(chǎn)量和批量足夠大，以便能夠比較穩(wěn)定而持續(xù)地生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高速連續(xù)作業(yè)。同時，制件太大，工位數(shù)較多時，模具必然比較大，這時必須考慮到模具和壓力機(jī)工作臺的匹配性。[8]1．4沖壓模具設(shè)計(jì)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1．4．1我國沖壓模具介紹我國沖壓模具無論在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經(jīng)濟(jì)需求和世界先進(jìn)水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進(jìn)口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進(jìn)口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場競爭激烈。根據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，2004年我國共進(jìn)口沖壓模具5.61億美元，約合46.6億元。從上述數(shù)字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元。其中國內(nèi)市場總需求為260.4億元，總供應(yīng)約為213.8億元，市場滿足率為82%。在上述供求總體情況中，有幾個具體情況必須說明：一是進(jìn)口模具大部分是技術(shù)含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術(shù)含量較低的中低檔模具，因此技術(shù)含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產(chǎn)，而技術(shù)含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率；二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多，具有一定的競爭力，因此其在國際市場的前景看好，2005年沖壓模具出口達(dá)到1.46億美元，比2004年增長94.7%就可說明這一點(diǎn)；三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的沖壓模具無確切的統(tǒng)計(jì)資料，因此未能計(jì)入上述數(shù)字之中。[9]1．4．2國內(nèi)外沖壓模具發(fā)展現(xiàn)狀隨著世界制造中心向東南亞轉(zhuǎn)移，我國的模具生產(chǎn)近幾年也得到了迅猛的發(fā)展，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，還有很大差距，標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商品化程度還不夠高，模具品種少，制造精度低，使用壽命短，設(shè)備技術(shù)力量落后，模具生產(chǎn)技術(shù)人員，特別是掌握現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)人員比例小。有專家預(yù)測，不遠(yuǎn)的將來，中國將成為世界最大的制造中心，這給我國的模具行業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。因此，加快高技術(shù)設(shè)備如數(shù)控加工、快速制模、特種加工在模具行業(yè)中的應(yīng)用，加大新興cad/cam技術(shù)在模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用比例，加速模具新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的研究和強(qiáng)化模具高技術(shù)人員的培養(yǎng)，已成為我國模具行業(yè)再上一個新臺階的關(guān)鍵。我國與歐、美、日等相比，存在的最大的差距就是還沒有一個產(chǎn)、學(xué)研聯(lián)合體，科研難以做大，成果不能盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。所以應(yīng)圍繞大型開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，以高校和科研單位為技術(shù)支持，企業(yè)為應(yīng)用基地，形成產(chǎn)品、設(shè)備、材料、技術(shù)的企業(yè)聯(lián)合實(shí)體，形成既能開發(fā)創(chuàng)新，又能迅速產(chǎn)業(yè)化的良性循環(huán)。當(dāng)前，沖壓模具的材料、設(shè)計(jì)、制作均滿足不了國內(nèi)汽車發(fā)展的需要，而且標(biāo)準(zhǔn)化程度尚低，大約為40%~45%，而國際上一般在70%左右。必須用信息化技術(shù)改造模具企業(yè)，發(fā)展重點(diǎn)在于大力推廣CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)，特別是成形過程的計(jì)算機(jī)模擬分析和優(yōu)化技術(shù)(CAE)。加速我國模具標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，提高精度和互換率。力爭2005年模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)到60%，2010年達(dá)到70%以上基本滿足市場需求。業(yè)內(nèi)掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)分析技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的高素質(zhì)人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足沖壓行業(yè)飛速發(fā)展的需要，尤其是摩托車行業(yè)中具備沖壓知識和技術(shù)和技能的專業(yè)人才更為缺乏且大量外流。1．5PRO/E在鈑金件沖壓設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)1．5．1Pro/E的國內(nèi)外發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的普及，Pro/E的運(yùn)用日益增多，它是一個參數(shù)化的實(shí)體造型軟件,不但能生成真實(shí)的幾何形體,還可進(jìn)行精確的模型分析,運(yùn)動分析,干涉檢查等。Pro/E的參數(shù)化特征造型技術(shù)大大減輕了設(shè)計(jì)人員的繪圖工作量,提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,利用Pro/E相應(yīng)的開發(fā)工具及技術(shù)開發(fā)沖壓模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)等同時進(jìn)行,從而達(dá)到縮短模具的生產(chǎn)制造周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量。熟練掌握利用Pro／ENGINEER進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的方法和技巧，培養(yǎng)和提高真正的模具設(shè)計(jì)能力。使用Pro／ENGINEER進(jìn)行復(fù)雜的三維模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)各種類型的鈑金薄壁、在鈑金上進(jìn)行沖孔及凹槽的設(shè)計(jì)、以成形特征在鈑金件上沖出局部的凹凸造形、將平面型的鈑金折彎、將折彎/成形的鈑金展開為平板、以變形曲面/扯裂/轉(zhuǎn)換等特征輔助鈑金的展開、鈑金件工程制圖、鈑金設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式（如鈑金展開的計(jì)算法則、金屬材質(zhì)的影響、折彎表的設(shè)置及使用）1．5．2Pro/E在鈑金設(shè)計(jì)上的功能鈑金件設(shè)計(jì)模塊（Pro/SHEETMETAL）是可選的Pro/E模塊。它具備設(shè)計(jì)基本和復(fù)雜鈑金零件的能力。用戶可以：通過定義一個組件，將所有主要的內(nèi)部元件彼此裝配到一起，包括此時未被完全定義的鈑金零件，進(jìn)行鈑金件設(shè)計(jì)。在成型或平整條件中添加專有的鈑金特征，例如壁、折彎、切口、沖孔、凹槽和成型。創(chuàng)建折彎順序表，它為加工指定順序、折彎半徑和折彎角度。計(jì)算所需材料的展開長度。Pro/SHEETMETAL會考慮不同的折彎半徑和材料厚度。平整零件以顯示設(shè)計(jì)和制造需要。生成鈑金零件工程圖、合并尺寸、折彎順序表、平整陣列和設(shè)計(jì)完備的零件。Pro/E可實(shí)現(xiàn)鈑金件設(shè)計(jì)的靈活性。在整個設(shè)計(jì)過程中以參數(shù)化形式做出更新更改。[10]1．6本課題的來源意義及主要研究內(nèi)容本課題是來自于生活中某產(chǎn)品零件及沖壓模具的設(shè)計(jì)工作——褲扣零件的三維幾何造型設(shè)計(jì)。由于該零件的沖壓模具的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，有四步工位。因此，如何準(zhǔn)確地描述該沖壓模具的設(shè)計(jì)并完成其三維幾何造型就顯得十分重要。本課題的研究目的就是完成該褲扣零件的三維幾何造型、沖壓工步設(shè)計(jì)以及沖壓成型模具設(shè)計(jì)。研究內(nèi)容如下1零件三維模型建立2.制定合理的沖壓工藝(1)擬定沖壓工序安排方案、畫出沖壓工序圖、畫出待設(shè)計(jì)模具的排樣圖。(2)計(jì)算沖裁力、確定模具壓力中心、計(jì)算凹模周界、確定待設(shè)計(jì)模具的有關(guān)結(jié)構(gòu)要素、選用模具典型組合等。3、設(shè)計(jì)及繪制模具裝配圖。4、各典型模具零件的設(shè)計(jì)第二章褲扣零件圖的設(shè)計(jì)褲扣是日常生活中經(jīng)常見到而且用到的鈑金件，按傳統(tǒng)的鈑金模具制造，需經(jīng)手工劃線和普通機(jī)床的車，銑，刨，磨加工，不但制造周期長，而且精度難以保證。而當(dāng)今產(chǎn)品開發(fā)的一個主要方面就是開發(fā)新的產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)，特別是由各種自由曲線，曲面組成的流線型外形，傳統(tǒng)的鈑金模具設(shè)計(jì)與制造方法已無法滿足當(dāng)今的要求，Pro/E軟件在鈑金模具設(shè)計(jì)與制造上就有著強(qiáng)大的功能。以下為用Pro/E軟件設(shè)計(jì)的褲扣零件圖的過程。2．1上褲扣的設(shè)計(jì)2．1．1上褲扣鈑金件沖壓零件圖如圖2.1上褲扣鈑金沖壓零件，材料為30鋼，t=0.5mm，屬于大批量生產(chǎn)。本零件通過草繪，拉伸，彎曲，展平，再次彎曲四步制作。本零件的制作的重點(diǎn)在彎曲上，彎曲半徑為0.5mm，如圖2.圖2.1上褲扣鈑金沖壓零件圖2.2上褲扣鈑金沖壓零件兩維圖2．1．2上褲扣鈑金件沖壓模具的制作操作步驟及圖示（1）草繪圖制作在新建菜單欄中選擇模板，通過分離的平整壁功能創(chuàng)建基礎(chǔ)特征，選擇front基準(zhǔn)平面進(jìn)行草繪。圖2.3上褲扣鈑金沖壓模具的草繪圖圖2.3上褲扣鈑金沖壓模具的草繪圖（2）拉伸零件厚度為以0.5mm拉伸，完成分離的平整壁的結(jié)果，分離的平整壁是通過分離的平整壁功能創(chuàng)建基礎(chǔ)壁特征。拉伸圖見圖2圖2.4拉伸圖（3）折彎折彎的說明：折彎前要先草繪平面，定義折彎的距離，兩次折彎的話，第一次折彎后，展平再草繪，第二次折彎成型。步驟：通過折彎功能在基礎(chǔ)壁特征右邊進(jìn)行折彎。圖2.5為第一步折彎圖。圖2.5折彎圖（4）展平展平的定義：是兩次彎曲的中間部分，第一次折彎后，先展平，可以再次折彎。將零件展平，圖2.6為展平圖圖2.6展平圖（5）再次折彎選擇折彎回去，在彎曲的時候的草圖的基礎(chǔ)上創(chuàng)建特征側(cè)，完成折彎特征的部分。圖2.7為折彎圖圖2.7折彎圖2．2下褲扣設(shè)計(jì)2．2．1下褲扣鈑金沖壓零件圖如圖2.8為下褲扣鈑金沖壓零件，材料為30鋼，t=0.5mm，屬于大批量生產(chǎn)本零件制作過程主要包括草繪，拉伸，彎曲，反向彎曲。重點(diǎn)在于兩步彎曲，兩步彎曲因?yàn)槭欠聪驈澢?，所以在第一步彎曲的基礎(chǔ)上選擇草繪平面尤為重要。2．8下褲扣鈑金沖壓零件圖2．2．2下褲扣鈑金沖壓零件的制作操作步驟及圖示（1）草繪在新建菜單欄中選擇模板，選擇分離的平整壁，選擇front基準(zhǔn)平面進(jìn)行草繪，圖2.9為草繪圖圖2.9為草繪圖（2）拉伸零件厚度為0.5mm，圖2.圖2.10拉伸圖（3）折彎制作折彎特征，創(chuàng)建特征側(cè)反向，選擇固定區(qū)域正向，正向彎曲45度。圖2.11是折彎圖圖2.11折彎圖（4）第二步折彎選擇內(nèi)側(cè)半徑，選擇參考平面，反向彎曲45度，選擇完成，創(chuàng)建特征側(cè)，選擇固定區(qū)域，無止裂槽，反向彎曲45度，完成零件圖。圖2.12是第二步折彎之后的零件圖圖2.12第二步折彎之后的零件圖（5）制作另一側(cè)折彎用相同方法做左邊的折彎。圖2.13為下褲扣鈑金沖壓零件圖的完成圖圖2.13為下褲扣鈑金沖壓零件圖2．3小結(jié)本章采用Pro/E鈑金進(jìn)行上下褲扣的三維造型。對于上褲扣，三維造型包括草繪、拉伸、彎曲、展平、再次彎曲5個步驟，其中重點(diǎn)是兩次彎曲過程。對于下褲扣，造型過程包括草繪、拉伸、彎曲和反向彎曲4個步驟，其中重點(diǎn)是彎曲和反向彎曲2個步驟。第三章褲扣鈑金件沖壓成形工藝分析制定沖裁的工藝方案就是要確定沖裁件的工藝路線，工藝路線不但影響產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，而且影響生產(chǎn)成本，本章根據(jù)褲扣鈑金零件的特點(diǎn)，擬定兩種方案，通過比較，得出一種最優(yōu)方案。并且進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，并制定排樣圖。3．1褲扣鈑金零件的工藝性分析3．1．1褲扣零件材料上褲扣鈑金沖壓零件，材料為30鋼，厚度1.5mm，熱處理硬度：58~62HRC3．1．2尺寸精度零件尺寸均為未注公差的一般尺寸，按慣例取為IT12級，符合一般級進(jìn)沖壓的經(jīng)濟(jì)精度要求，零件材質(zhì)為冷扎薄鋼板，能夠進(jìn)行一般的沖壓加工，市場上也容易得到這種材料，價格適中。3．1．3褲扣鈑金零件沖壓的工藝性分析（1）孔徑褲扣零件上所有的孔的孔徑為均為4.（2）下料外形下料的工藝性：零件屬于中小尺寸零件，料厚0.（3）彎曲零件包括2次彎曲，彎曲圓角半徑均為5mm，根據(jù)彎曲工藝性數(shù)據(jù)知，各彎角均可一次彎成。綜合以上幾個方面的情況可認(rèn)為褲扣鈑金零件主要沖壓工序的工藝性良好。3．2擬定沖壓工藝方案沖壓件的生產(chǎn)過程包括：配料的準(zhǔn)備，沖壓工藝過程和其他必要的輔助工序，有時還要和切削，焊接，鉚接等配合材能完成，同一種沖壓往往有多種工藝方案，因此必須根據(jù)各方面的因素和要求，通過分析比較，選擇最佳方案。褲扣零件成型沖壓工步可分為沖孔，下料，彎曲?？蓴M定出以下兩種方案。方案一：用簡單模分四次加工，即沖孔—沖孔—下料—彎曲。方案二：用級進(jìn)模沖制。比較二種方案，簡單模在一副模具上只能完成一個工序，一般有一個凸模和凹模，也有多個凸模和凹模，但是在沖床的每次行程中，只能完成同一種沖裁工序，級進(jìn)模在沖床的一次行程中，按一定順序，條料在模具的不同位置上同時完成兩道以上的沖裁工序，由于該零件屬于定型產(chǎn)品中的零件，且生產(chǎn)批量比較大，采用多工位級進(jìn)模彎曲制造能達(dá)到精度要求，保證質(zhì)量。故選用方案二。根據(jù)給定的產(chǎn)量要求，按每月22天，每天8小時，實(shí)行單班生產(chǎn)計(jì)，則每分鐘的產(chǎn)量為19件。根據(jù)一般市場供應(yīng)情況，原材料選冷扎薄鋼板3．3排樣設(shè)計(jì)排樣的目的在與合理利用原材料，盡可能節(jié)約材料。材料的利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。排樣的方法有三種：有廢料排樣法，少廢料排樣法，無廢料排樣法。PRO/E是一個參數(shù)化的實(shí)體造型軟件，不但能生成真實(shí)的幾何形體，還可進(jìn)行精確的模型分析，運(yùn)動分析，干涉檢查等。在沖壓生產(chǎn)中，零件的材料費(fèi)用占制造成本的60%以上，所以材料的經(jīng)濟(jì)利用是一個極其重要的問題。在連續(xù)模設(shè)計(jì)中，要確定從毛坯板料到產(chǎn)品零件的轉(zhuǎn)化過程，即要確定連續(xù)模各工位所要進(jìn)行的加工工序內(nèi)容，并在條料上進(jìn)行各工序的布排，這一設(shè)計(jì)過程就是條料排樣。條料排樣的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合形成一系列工序組，并對工序組排序，確定工位的加工工序；確定載體形式與毛坯定位方式；設(shè)計(jì)導(dǎo)正孔直徑與導(dǎo)正銷數(shù)量；繪制工序排樣圖。3．3．1工位排樣（1）工位步驟即沖孔—沖孔—下料—彎曲排樣圖如圖3.1圖3.1排樣圖（2）每步工位分析第1工位：沖四個孔，直徑為4mm。如圖3.圖3.2第一工位圖第2工位：沖中間的長條，寬為2.4mm，從兩個圓中心開始算起長度為圖3.2為第二工位圖第3工位：下料。如圖3.3圖3.3下料工位圖第4工位：彎曲。如圖3.4圖3.4彎曲工位圖3．3．2排樣的計(jì)算（1）毛坯展開按照彎曲毛坯展開的原則，零件展開毛坯外形如圖3.5圖3.5毛坯展開圖（2）搭邊多工位連續(xù)模在沿送料方向的沖裁搭邊寬度，一般可參照冷沖模搭邊值選取。從節(jié)省材料出發(fā)，搭邊值越小越好，但搭邊小于一定數(shù)值后，對模具壽命和剪切表面質(zhì)量都不利，搭邊值過小，作用在模具側(cè)表面上的法向力沿著落料毛呸周長的分布不均勻，造成模具刃口磨損，同時在沖裁時，搭邊被拉斷，使零件產(chǎn)生毛刺，有時還會拉入凸模和凹模間隙中，損壞模具刃口，降低模具壽命，搭邊值過大，材料利用率低。查表得，搭邊值a為1.5mm。（3）步距步距的精度直接影響沖件的精度。由于步距的誤差，不影響分段切除余料，導(dǎo)致外形尺寸的誤差，還影響沖壓件內(nèi)外形的相對位置。也就是說，步距精度越高，沖件精度越高，但模具制造也就越困難。所以步距精度的缺點(diǎn)必須根據(jù)沖壓件的具體情況來定。步距式（3-1）[11]代入數(shù)值：其中是外形輪廓寬度（4）條料寬度式（3-2）[12]代入數(shù)值是條料寬度是搭邊值3．3．3排樣條料的PROE制作過程：把上褲扣打開，展平，填充鈑金件，系統(tǒng)自動完成通孔，制作條帶樣板：選擇條帶，彈出條帶向?qū)υ捒?，工件，彈出選擇模型對話框，選擇KUKUO_REF確定，再在參數(shù)輸入框中設(shè)置參數(shù)，條帶切口陣列，在圖形任意位置點(diǎn)擊，定位，彈出定位對話框，設(shè)置參數(shù)，條帶切口陣列，在圖形任意位置點(diǎn)擊，選擇定位，彈出定位對話框，設(shè)置參數(shù)。在條帶對話框中螺距為32，寬度21，階段數(shù)5，之后偏移5，之前偏移5，總長度170。材料STEEL，用法38.34%。如下圖3.6所示。圖3.6條料排樣圖3．3小結(jié)(1)本章對褲扣鈑金件做了工藝性分析，擬定了兩套不同的工藝方案，通過比較兩種工藝方案，確定了使用多工位級進(jìn)模沖制，并對每一步工位進(jìn)行了詳細(xì)的說明。(2)進(jìn)行排樣計(jì)算，計(jì)算搭邊值和步距，從而計(jì)算條料寬度。(3)根據(jù)工藝方案制定了排樣圖，采用Pro/E三維建模軟件得到了排樣條料的實(shí)體模型。

第四章沖壓模具設(shè)計(jì)概要本章介紹了用Pro/E軟件進(jìn)行褲扣鈑金件模具設(shè)計(jì)的基本過程，工作原理，以及具體零件的設(shè)計(jì)。根據(jù)褲扣零件的特點(diǎn)，模具采用級進(jìn)模設(shè)計(jì)，條料在控制送進(jìn)距離機(jī)構(gòu)的控制下，逐個工位沖制，得到一個完整的褲扣零件。4．1褲扣零件沖壓成形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.1所示是褲扣零件沖壓成形級進(jìn)模的基本結(jié)構(gòu)。條料在級進(jìn)模中，一次沖裁完成4個工序，從左往右的橫向送料方式自動送料，先完成第一工序，沖四個孔，再第二工位沖孔，再繼續(xù)完成第三工序，下料，最后是第四工位，彎曲。上下模座用導(dǎo)柱固定，凸模固定在凸模固定板上，固定板上有墊板，凹模固定在凹模固定板上，凹模固定板下面是卸料板和墊板，條料固定在卸料板上，依次沖裁，沖裁定位用導(dǎo)正釘定位，保證精確度，下料的時候釘桿釘出落料送到下一步彎曲，彎曲件通過卸料板落下。圖4.1褲扣沖壓成型級進(jìn)模裝配圖1-下模座2－卸料螺釘3－導(dǎo)柱4-下墊板5-凹模6-卸料板7-彈簧8-導(dǎo)正釘9-導(dǎo)套10-螺釘11-沖孔凸模12-上墊板13-凸模14-模柄15-凸模16-圓柱銷17-彎曲模18-上模座19-凸模固定板20-凹模型腔21-推桿4．1．1模具結(jié)構(gòu)的選擇如圖4.1所示，本零件的沖制包括：沖孔，下料，彎曲工步。而且已確定級進(jìn)模沖壓，凸模一律用凸模固定板安裝于上模座，凹模采用整體式結(jié)構(gòu)，用銷釘定位，螺釘連接于下模座，所以采用正裝式結(jié)構(gòu)，如圖4.2所示為模具的三維裝配圖。圖4.2模具三維總裝圖4．1．2模架形式如采用縱向送料方式，適宜采用中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架(對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架也可)；橫向送料適宜采用對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架：而后側(cè)導(dǎo)柱導(dǎo)套模架有利于送料(縱橫向均可且送料較順暢)，但工作時受力均衡性和對稱性比中間導(dǎo)柱導(dǎo)套模架及對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架差一些；四角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架則常用于大型模具；而精密模具還須采用滾珠導(dǎo)柱導(dǎo)套。本模具采用對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架，一是對橫向送料方式較適宜，二是對角導(dǎo)柱導(dǎo)套模架工作時受力比較均衡、對稱。4．1．3導(dǎo)向方式普通導(dǎo)向方式采用導(dǎo)柱導(dǎo)套，有兩導(dǎo)柱和四導(dǎo)柱，本模架采取四導(dǎo)柱，固定上下模板。4．1．4確定送料方式模具相對于模架是采用從前往后的縱向送料方式，還是采用從右往左的橫向送料方式，這主要取決于凹模的周界尺寸。L(送料方向的凹模長度)〉B(垂直于送料方向的凹模寬度)，所以采用橫向送料方式。4．1．5模架的選擇（1）上模座：根據(jù)卸料板的尺寸大小，制定出上模座的尺寸，上模座上還有銷釘和模柄，銷釘是固定墊板和凸模固定板，模柄用來使整個模具運(yùn)動，如下圖4.3圖上模座三維圖和4.4兩維圖4.3上模座三維圖圖4.4上模座兩維圖（2）下模座：大小尺寸和上模座相同，下模座上螺釘，卸料孔，銷釘，導(dǎo)柱。如下圖4.5下模座三維圖和4.6兩維圖圖4.5下模座三維圖4.6下模座兩維圖4．1．6凸凹模模板（1）凹模模板尺寸：根據(jù)卸料板的參考長寬和卸料板相同。如下圖4.7和圖4.8：圖4.7凹模模板圖4.8凹模模板（2）凸模固定板：尺寸的長寬大小與卸料板相同，厚度自定,如下圖凸模固定板的兩維和三維圖4.9和4.10：圖4.9凸模固定板三維圖圖4.10凸模固定板兩維圖（3）上下墊板：尺寸的長寬大小與卸料板相同，如下圖4.11和4.12：圖4.11墊板圖4.12墊板4．2凸凹模設(shè)計(jì)多工位自動級進(jìn)模工位數(shù)目多，凸、凹模尺寸小，使凸、凹模的裝配及相互位置尺寸的調(diào)整比常規(guī)沖模要復(fù)雜和困難。同時，多工位級進(jìn)模用于大批量生產(chǎn)，要求模具使用壽命長，易損件的更換和模具維修要方便。多工位自動級進(jìn)模一般都含有兩種以上的沖壓工藝，所以，凸、凹模數(shù)量多，且要適應(yīng)高速連續(xù)沖壓，必須滿足各種特定的技術(shù)條件，不能用設(shè)計(jì)一般沖模的凸、凹模的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，凸、凹模設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：凸模和凹模要有足夠的強(qiáng)度和剛度，凸模和凹模必須安裝牢固，便于維修和更換，多工位自動級進(jìn)模的凸、凹模應(yīng)有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。4．2．1第一工位褲扣沖孔凸模（1）刃口尺寸計(jì)算落料部分以落料凹模為基準(zhǔn)計(jì)算，落料凸模按間隙值配置；沖孔部分以沖孔凸模為基準(zhǔn)計(jì)算，沖孔凹模按間隙值配置。既以落料凹模、沖孔凸模為基準(zhǔn)，凸凹模按間隙值配置。計(jì)算公式為式（4-1）[13]—沖孔凸模刃口尺寸（mm）—沖孔凹模刃口尺寸（mm）,按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙—零件公差（mm）—沖孔凸模制造公差，取值為/4查表得：則，磨損系數(shù)，，沖孔凸模直徑=2mm代入數(shù)值：mm沖孔凹模刃口尺寸，按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙0.030（2）沖孔凸模尺寸凸模長度公式為：式（4-2）[14]代入數(shù)值其中：h1—凸模固定板厚度h2—凹模板厚度凸模強(qiáng)度校核：該凸模不屬于細(xì)長桿，強(qiáng)度足夠。如下圖4.13：圖4.13凸模（3）褲扣凸模沖孔的Pro/E制作在條帶作為基準(zhǔn)平面，草繪,在沖孔的地方做基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇沖孔沖壓，對話框里選擇MISUMImisumi,再選擇Stamp_unit_round彈出沖針，選擇（1），選擇APNT24,左下角選（4），設(shè)置參數(shù)，確定，選擇（5），參數(shù)設(shè)置，選擇創(chuàng)建現(xiàn)有元件，選擇上一步完成沖針。（4）計(jì)算沖壓力計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。板料材料為30鋼,查表得：=500pa，代入公式：沖裁力式（4-3）[15]卸料力式（4-4）[16]推件力式（4-5）[17]總壓力式（4-6）[18]式中：L—沖裁周邊，單位為mmt—材料厚度，單位為mm—材料抗拉強(qiáng)度，單位為—卸料系數(shù)，取—推件力系數(shù)，取0.55—同時卡在凹模洞內(nèi)的件數(shù),取2代入數(shù)值：沖裁力==3140N卸料力=推件力=總壓力=4．2．2第二工位褲扣凸模（1）凸模刃口計(jì)算：查表得：則由表3-8查得：磨損系數(shù)，，沖孔凸模直徑=2.4mm和16mm,根據(jù)公式4-1，代入數(shù)值：—沖孔凸模制造公差，取值為沖孔凹模刃口尺寸，按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙0.030（2）沖孔凸模尺寸根據(jù)公式4-2，代入數(shù)值：凸模長度：其中：h1—凸模固定板厚度h2—凹模板厚度（3）褲扣凸模如下圖4.14草繪圖：圖4.14褲扣凸模草繪（4）褲扣凸模的Pro/E制作凸模2的制作：選擇沖孔沖壓，對話框里選擇，選擇contoured_cut_stamp再選擇cont_cut_stamp彈出對話框，選擇（1），選擇條帶第2個制品中間部位平面，L的長度為65.5，下圖4.15褲扣凸模三維圖圖4.15褲扣凸模三維圖（5）褲扣凸模的沖壓力的計(jì)算板料材料為30鋼，查表得τb=500pa,根據(jù)公式4-3，4-4，4-5，4-6，代入數(shù)值：沖裁力=卸料力=推件力=總壓力=4．2．3第三工位褲扣下料凸模（1）凸凹模的刃口計(jì)算查表得：則由表3-8查得：磨損系數(shù)，，凸凹模直徑分別是=30mm，=8，根據(jù)公式4-1，代入數(shù)值：—沖孔凸模制造公差，取值為落料凹模刃口尺寸，按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙0.030（2）凸凹模的圖式圖4.16為凸凹模的草繪：圖4.16凸凹模的草繪（3）沖壓力計(jì)算板料材料為30鋼，查表得τb=500pa,根據(jù)公式4-3，4-4，4-5，4-6，代入數(shù)值：沖裁力=卸料力=推件力=總壓力=（4）凸模的Pro/E制作選擇基準(zhǔn)平面，草繪完草圖后，拉伸，厚度為15.5，如圖4.17 圖4.17凸模三維圖 4．2．4導(dǎo)正孔沖孔導(dǎo)正孔用來控制步距，保證精度，采用間接導(dǎo)正，導(dǎo)正孔布置在兩側(cè)的載體上，間接導(dǎo)正的材料利用率低，載體和毛坯的位置不宜保證，模具加工的工作量增加，但產(chǎn)品孔不宜變形。（1）導(dǎo)正孔沖孔的刃口計(jì)算查表得：則磨損系數(shù)，，凸凹模直徑=20mm根據(jù)公式4-1，代入數(shù)值：落料凹模刃口尺寸，按凸模實(shí)際尺寸配制，保證雙邊間隙0.030（2）導(dǎo)正孔沖孔的圖式如圖4.18圖4.18導(dǎo)正孔沖孔（3）導(dǎo)正孔沖孔5的沖壓力計(jì)算板料材料為30鋼，查表得=500pa,根據(jù)公式4-3，4-4，4-5，4-6，代入數(shù)值：沖裁力=卸料力=推件力=總壓力（4）導(dǎo)正孔沖孔5的PROE設(shè)計(jì)對話框里選擇MISUMImisumi,再選擇Stamp_unit_round彈出沖針，選擇（1），在左下角選擇（3），參數(shù)設(shè)置，確定，選（3），設(shè)置參數(shù)，選（5）設(shè)置參數(shù)，確定。選擇創(chuàng)建現(xiàn)有元件，選擇上一步完成沖針，4．2．5第四工位彎曲凸模(1)彎曲力計(jì)算彎曲力式（4-7）[19]式中：b—彎曲件寬度，單位為mt—材料厚度，單位為mm—材料抗拉強(qiáng)度，單位為K—安全系數(shù)，一般取K=1.3代入數(shù)值（2）彎曲模圖示見圖4.19草繪和4.20三維圖圖4.19彎曲模草繪圖4.20彎曲模三維圖4．2．6總壓力計(jì)算總壓力是根據(jù)第一，第二，第三，第四工位和導(dǎo)正釘?shù)膲毫陀?jì)算得出的如下式（4-8）[20]代入數(shù)值：4．3選擇沖床根據(jù)總沖壓力F總=86.93KN，模具閉合高度，沖床工作臺面尺寸等，選用J23-16開式雙柱可傾沖床,其主要工藝參數(shù)如下：達(dá)到公稱壓力時滑塊離下止點(diǎn)距離／mm5滑塊行程／mm70行程次數(shù)/(次/min)115最大封閉高度／mm300最小封閉高度／mm160封閉高度調(diào)節(jié)量／mm60滑塊中心到床身的距離／mm160立柱間距離／mm220模柄孔尺寸（直徑／mm×深度／mm）φ30×50工作臺板厚度／mm60傾斜角／。304．4卸料方式卸料裝置分為固定卸料和彈壓卸料，多工位進(jìn)級模中多選用彈壓卸料裝置。（1）卸料螺釘選用卸料力式（4-9）根據(jù)卸料力，查表得彈簧直徑14.5mm，長度32mm（2）卸料板的選用根據(jù)條料的長度和寬度來確定卸料板的長寬，因?yàn)闂l料長度和寬度是，所以制定的卸料板的尺寸為卸料板：。如下圖4.21：圖4.21卸料板三維圖圖4.22卸料板兩維圖4．5小結(jié)（1）根據(jù)褲扣零件特點(diǎn)選擇模架結(jié)構(gòu)為正倒裝結(jié)構(gòu)，卸料方式為彈性螺釘和卸料板，導(dǎo)向方式為導(dǎo)柱導(dǎo)套，送料方式為橫向送料。（2）選模板的時候根據(jù)條料的長寬，制定上下模座的尺寸，卸料板，墊板，凸模固定板，凹模固定板都是根據(jù)條料的長度制定的，而且長度和寬度都相等，厚度根據(jù)力的大小矯正厚度，凸模和凹模的設(shè)計(jì)中，根據(jù)公式和查表所得，刃口尺寸，沖壓力的大小，根據(jù)總的沖壓力的大小選擇壓力機(jī)。（3）本章中插入很多CAD和PROE軟件的圖示，對總裝配圖進(jìn)行了詳細(xì)的說明，每個零件都有PROE軟件的制作過程，詳細(xì)說明了整個模具的設(shè)計(jì)過程。

結(jié)論本文采用Pro/E軟件進(jìn)行褲扣鈑金件及其沖壓成型工藝及模具設(shè)計(jì)，得出如下結(jié)論：1、采用Pro/E鈑金模塊可以方便地對鈑金件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。對于上褲扣，三維造型包括草繪、拉伸、彎曲、展平、再次彎曲5個步驟，其中重點(diǎn)是兩次彎曲過程。對于下褲扣，造型過程包括草繪、拉伸、彎曲和反向彎曲4個步驟，其中重點(diǎn)是彎曲和反向彎曲2個步驟。2、根據(jù)對褲扣鈑金件的工藝性分析，確定多工位級進(jìn)模沖壓成型工藝比較適合褲扣這類需要多步?jīng)_壓的小型鈑金件的成型。本文對每一步工位進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并進(jìn)行了排樣計(jì)算，計(jì)算搭邊值和步距，從而計(jì)算條料寬度。根據(jù)工藝方案制定了排樣圖，采用Pro/E三維建模軟件得到了排樣條料的