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沖壓純凈的鈦板料的可鍛模性
機(jī)械工程學(xué)，臺(tái)灣國立大學(xué)，臺(tái)北10764，羅克克(1964年提出的厘米·克·秒制電導(dǎo)率單位)
2003 年10月20 日標(biāo)準(zhǔn)；2005 年4月12 日接受以修改過的形式；2005 年5月4 日公證
摘要
由于六角close-packed (HCP) 晶體結(jié)構(gòu), 商業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 在室溫顯示低延展性, 并且要求熱量活化作用增加它的延展性和可模鍛性。在本研究中, 由實(shí)驗(yàn)性方法學(xué)習(xí)了CP 鈦板料在vanous 溫度的可模鍛性. 拉伸測(cè)試第一次進(jìn)行調(diào)查CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的機(jī)械行為。形成極限測(cè)試，V 彎曲測(cè)試,和拉伸試驗(yàn)測(cè)試沖壓CP 鈦板料在各種各樣的溫度下的可模鍛性。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明, 雖然可模鍛性被限制以冷形成，但CP 鈦板料在室溫能形成薄元件。另外, V 彎曲測(cè)試表明，在拉拔成型溫度可以減少回彈。試驗(yàn)結(jié)果獲得在本研究中可以幫助設(shè)計(jì)CP 鈦板料沖壓模。
2005 年Elsevier B.V 版權(quán)所有。
關(guān)鍵字：純鈦板；可成形性；成型極限；V彎曲；回彈
1. 介紹
由于它的重量和高強(qiáng)度系數(shù)，工業(yè)純凈的鈦(CP 鈦) 是一潛在構(gòu)件, 并且最近受到電子產(chǎn)業(yè)注意。因?yàn)樗母?jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)越表現(xiàn)，CP 鈦的主要分解的過程是壓制形成。在制造工藝的壓制成形之中，沖壓CP 鈦板料是特別重要為生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)組分被使用在電子產(chǎn)品, 譬如筆記本蓋子, 移動(dòng)電話 等。CP 鈦板料由于它六角close-packed (HCP) 結(jié)構(gòu)在室溫通常顯示有限的延展性。雖然可成形性可以在高溫下改善，但是一個(gè)制造過程總希望在室溫下進(jìn)行。但是, CP 鈦多數(shù)研究集中于微結(jié)構(gòu) [ 1-4 ], 并且關(guān)于CP 鈦板料沖壓的可模鍛性文學(xué)研究不是很深入。
在本研究中, 使用實(shí)驗(yàn)性方法調(diào)查了CP 鈦板料沖壓的可模鍛性。從實(shí)驗(yàn)獲得的關(guān)于CP 鈦板料在各種各樣的溫度范圍從室溫到300攝氏度的機(jī)械性能的結(jié)果。另外,CP 鈦板料的重要形成的特征, 譬如形成極限, 回彈,和極限拉延比，都要被檢測(cè)。
2. 在各種各樣溫度下的機(jī)械性能測(cè)試
應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是根本信息為金屬板的可模鍛性的研究。依照以上提到, 在室溫CP 鈦板料的可模鍛性是有限的,可以在拉伸成型溫度改善。為了審查品CP 鈦物產(chǎn)覆蓋在不同的溫度的機(jī)械性能，拉伸測(cè)試執(zhí)行了在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 和在0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001/s 之下的不同的張力率, 各自地。拉伸測(cè)試標(biāo)本由JIS 等級(jí)1 CP 0.5 毫米制成鈦板料厚度準(zhǔn)備了根據(jù)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)本被削減沿平面剖面與輾壓方向(00), 和在角度450 和900 對(duì)輾壓方向。標(biāo)本裁減毛刺沿導(dǎo)線邊緣。
拉伸測(cè)試進(jìn)行了使用MTS 810 測(cè)試機(jī)器。因?yàn)樵诟邷販y(cè)試、熱化熔爐接通MTS810 測(cè)試機(jī)器。標(biāo)本在拉伸測(cè)試之前先加熱到100, 200, 和300 0C。在測(cè)試期間, 溫度標(biāo)本被保持恒定直到樣品拉伸到故障。
在本研究中, 工程學(xué)應(yīng)力關(guān)系第一次從實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)獲得，然后是轉(zhuǎn)換成真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系根據(jù)a一Qo(1 +e) 和 e=ln(1十e), a 和s 是真實(shí)的重力和真正的張力、Qo 和a 是工程應(yīng)力, 和工程應(yīng)變的張力, 各自地。在室溫下從樣品獲得CP 鈦真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系，被削減三個(gè)不同取向被顯示在圖l 。非均質(zhì)性的行為被觀察在圖1 。它被看見圖1, 00 標(biāo)本有更高的出產(chǎn)量和a 更大的伸長比標(biāo)本在其它二個(gè)方向, 在伸長上的區(qū)別是更加重大的。并且觀察它, 0度 樣本顯示重大工作硬化的產(chǎn)物在標(biāo)本之中在三個(gè)方向。這個(gè)結(jié)果一致于那獲得Ishiyama 等[ 5 ] 。在起點(diǎn)階段測(cè)試他們發(fā)現(xiàn)了滑動(dòng)變形發(fā)生在00 個(gè)和900 個(gè)方向。在進(jìn)一步變形階段期間, 孿生變形快速地增加在00 方向和生產(chǎn)更高的抵抗反對(duì)脫臼滑動(dòng), 收效按更大的價(jià)值在出產(chǎn)量, 工作硬化, 和伸長。CP 的平均屈服應(yīng)力和伸長鈦板料在室溫是大約352 MPa 和28%, 各自地?？墒悄铅抵登?yīng)力和伸長的值CP 鈦板料在室溫下不是良好的在一深拉處理比擬碳鋼的、他們是可行的因?yàn)橄鄬?duì)淺的模具產(chǎn)品從那可成形性觀點(diǎn)。
圖2 顯示原物和被扭屈的標(biāo)本在三個(gè)方向。它被注意在圖2, 00 標(biāo)本進(jìn)行一致的變形在破裂之前, 當(dāng)900 標(biāo)本顯示一次明顯的頸, 和變形 450標(biāo)本方向在那些其它二個(gè)方式之間
為了審查張力率的作用在CP 鈦板料的變形, 拉伸測(cè)試并且執(zhí)行在室溫在不同的滑塊速度之下, 造成不同的張力率的0.1, 0.01, 0.001, 和0.0001,各自地。真實(shí)的應(yīng)力關(guān)系在各種各樣的張力率為00 標(biāo)本被顯示在圖3 。重要的微量在應(yīng)力曲線從張力率0.1 到0.001 是注意在圖3, 和應(yīng)力曲線變得接近互相之后。同樣觀察在拉伸測(cè)試趨向?yàn)?50 個(gè)和900 個(gè)樣本。它表明CP 鈦板料穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可能是在張力率更小比0.001 之下獲得。
CP 鈦的真實(shí)的應(yīng)力聯(lián)系覆蓋在各種各樣的溫度范圍從室溫對(duì)300 0C 為標(biāo)本00 方向被顯示在圖4。測(cè)試執(zhí)行在張力率的0.001顯示在圖4。在圖4,上CP 鈦板料在高溫下有更好的可鍛性。測(cè)試更低溫度的增量得到應(yīng)力曲線比例。注意在圖4 依照樣本的伸長不增加從室溫對(duì)100 0C被觀測(cè), 相反, 伸長得到更小當(dāng)樣本被加熱 100 0C 。
Fig. 3. True stress-strain relations at various strain-rates (1/s) for 00 speci
men at room temperature.
但是, 在測(cè)試的溫度比100 0C更高時(shí)伸長變大。更大的伸長在室溫是相當(dāng)異常的。但這種現(xiàn)象唯一發(fā)生在00 樣本。45度和90度樣本,當(dāng)在測(cè)試的溫度伸長連續(xù)被增加, 顯示在圖5和圖6上, 各自地。在室溫發(fā)生了更大的伸長在 00 樣本也許歸結(jié)于在室溫孿生變形的快速的增量在00 方向, 導(dǎo)致更高的抵抗阻止脫臼滑動(dòng), 并且造成更大的伸長。各向異性現(xiàn)象其它索引是塑料張力比率, 即。 r 價(jià)值, 被定義作為塑料張力比率在到那的橫向方向在厚度方向在a 單軸的拉伸測(cè)試。
窗體頂端
在本研究中, r 價(jià)值是樣本在室溫拉伸測(cè)試獲得0度, 45度, 和 90度方向。測(cè)量r 價(jià)值從標(biāo)本被舒展到20% 是4.2, 2.2, 和2.1 為 00, 450, 和900 個(gè)標(biāo)本, 各自地。從更高的r- 價(jià)值表明更好的回火性, 它表示, CP 鈦覆蓋陳列更好的深圖畫質(zhì)量在輾壓方向比其它二個(gè)方向。并且CP 鈦各向異性現(xiàn)象板料再被證實(shí)了從重大區(qū)別 r 價(jià)值。
3. 沖壓CP 鈦板料的可鍛性
除基本的機(jī)械性能之外, 審查了CP 鈦板料的沖壓的可模鍛性。在本研究,形成極限測(cè)試在室溫, 并且V 彎曲測(cè)試和圓杯子圖畫測(cè)試在各種各樣溫度執(zhí)行了。測(cè)試結(jié)果被談?wù)摿伺cCP 相關(guān)形成的物產(chǎn)鈦覆蓋在印記過程中。
3.1. 成型極限測(cè)試
因?yàn)镵eeler 和Backofen [ 6 ] 介紹了概念形成極限圖(FLD), 1963 年這是 廣泛被接受的標(biāo)準(zhǔn)為破裂預(yù)言以金屬片 形成。確定FLD, 舒展測(cè)試是執(zhí)行為不同的寬度薄鋼板樣品使用半球型沖床。標(biāo)本是第一電化學(xué)上銘刻以會(huì)是的圓柵格扭屈入橢圓在被舒展以后。
工程學(xué)張力測(cè)量了沿少校和較小軸橢圓被命名少校和較小張力, 各自地。并且他們主要是測(cè)量飛機(jī)上的張力。
在本研究中, 長方形標(biāo)本有同樣長度的100mm, 但以另外寬度排列從10 到100 毫米在10 毫米的增加, 被測(cè)試了。相似與拉伸測(cè)試, CP 鈦板料被切開了在三個(gè)取向?qū)殙悍较? 即, 00, 450, 和900, 為各標(biāo)本的大小。在測(cè)試期間, 標(biāo)本夾緊了在周圍被舒展了對(duì)失敗在78 毫米半成品沖床。工程學(xué)少校和較小張力測(cè)量在地點(diǎn)最接近破裂為每個(gè)標(biāo)本被記錄了。少校和較小張力是密謀反對(duì)互相以主要張力作為縱坐標(biāo), 和曲線適合入張力點(diǎn)被定義了形成的極限曲線。圖顯示這形成極限曲線稱形成的極限圖。FLD 是一個(gè)非常有用的標(biāo)準(zhǔn)為發(fā)生的破裂在一個(gè)沖壓的過程中。
根據(jù)早先分析, CP 鈦板料能被形成在室溫。為了進(jìn)一步證實(shí)它的可行性, 形成的極限測(cè)試執(zhí)行了在室溫度。測(cè)試結(jié)果看出圖7 顯示形成的極限曲線。看見在圖7, 主要張力在曲線的最低的點(diǎn), 并且是平面張力變形方式, 是0.34 。比較被冷軋的鋼或不銹鋼, 這數(shù)值更低。但是, 為沖壓薄產(chǎn)品, 圖7顯示形成的極限曲線表明CP 鈦板料在室溫形成的更大的可能性。這有可能在室溫用CP 鈦板料能制造電子材料。
3.2. V 彎曲測(cè)試
因?yàn)镃P 鈦彈性模數(shù)比鋼要低,回彈是重要的彎曲處理。在本研究, V 彎測(cè)試執(zhí)行了審查CP 鈦板料在各種各樣溫度回彈形成的物產(chǎn)。V 彎測(cè)試結(jié)果用圖8顯示 。圖8能看見在下模有一個(gè)開頭角度90度。環(huán)烷驅(qū)研究那效果的沖頭半徑接通彈性后效，工具以沖壓半徑從0.5 到5.0 毫米, 在0.5 毫米的增加, 準(zhǔn)備了。CP 鈦板料的樣本以0.5 毫米的厚度, 長度 60 毫米, 和寬度15 毫米。為增加測(cè)試的溫度,標(biāo)本被附寄了在熱化熔爐。V 彎測(cè)試不使用潤滑劑因?yàn)槟Σ燎闆r有對(duì)回彈的無意義作用發(fā)生了在V 彎曲測(cè)試。彎曲的測(cè)試進(jìn)行了在室溫, 100, 200, 和3000C, 各自地。在彎曲的測(cè)試以后, 彎的標(biāo)本角度由CMM 測(cè)量了, 和回彈角度被計(jì)算了 。
Fig. 8. Tooling used in the V-bend tests
圖9 和10 顯示關(guān)系在回彈之間并且沖壓半徑在室溫和300 0C, 各自地。看以上兩個(gè)圖, 不管溫度變化回彈減少為更小的沖壓半徑。在彎曲時(shí)更小的沖壓半徑導(dǎo)致更大的塑料變形,因此要減小回彈的作用。在圖9 和10負(fù)值的彈性后效發(fā)生在較小沖頭半徑的時(shí)候。這是因?yàn)槟前辶显赩 形狀的平直的邊被扭屈入形成弧光在彎曲的過程開始, 和裝載被應(yīng)用鋪平弧在彎曲處理結(jié)果的結(jié)尾復(fù)合應(yīng)力分配導(dǎo)致負(fù)值的彈性后效 [ 7 ] 。比較兩個(gè)圖,觀察, 回彈減少當(dāng)形成的溫度增加不管沖頭半徑尺寸。它表明那 CP 鈦板料不僅有更好的可鍛性而且體驗(yàn)較少回彈在形成的高溫。我們知道, 回彈是由彈性模數(shù)和材料的屈服應(yīng)力影響的。彈性模數(shù)不會(huì)隨溫度變化而變化。而且溫度升高CP 鈦板料的屈服應(yīng)力減少，高溫是形成回彈減退是因?yàn)樵诟偷臏囟菴P 鈦的屈服應(yīng)力更低。
Fig. 10. Relations between springback and punch radius at 300 "C for spec-
imens of three directions.
Fig. 11. Punch and die used in circular cup drawing tests.
Fig. 12. Drawn cups at various forming temperatures
3.3盤狀拉深試驗(yàn)
限制的圖畫比率(LDR), 被定義作為圓直徑的比(Dp) 與沖壓直徑(Dp) 在一張成功的圓盤拉深處理, 是一個(gè)普遍的索引使用描述可模鍛性金屬板。LDR 的更大的價(jià)值暗示更大的圖畫深度, 即,更好的可鍛性 。在本研究中, 沖壓和沖模被顯示在圖11 使用了圓盤拉深測(cè)試。測(cè)試執(zhí)行了在室temperatore, 100, 和200 0C, 各自地。在高溫下為了進(jìn)行拉深測(cè)試使用加熱器。為了獲得一個(gè)成功的拉深過程。那坯料尺寸和空白座力適當(dāng)調(diào)節(jié)除去些缺點(diǎn)比如斷裂和皺紋，如果在拉深測(cè)試破裂出現(xiàn), 斷開軸心力對(duì)更小的價(jià)值會(huì)被調(diào)整直到破裂被消除到?jīng)]有皺痕發(fā)生。當(dāng)斷裂力量的調(diào)整沒有消除破裂, 減少斷裂的方法會(huì)被嘗試同時(shí)避免破裂。拉深試驗(yàn)采取壓制皺痕，但是, 在LDR 測(cè)試, 空白的大小是并且作為參量確定LDR 的價(jià)值除對(duì)上述調(diào)整的用途之外。從拳打直徑是35 毫米, 空白的直徑被增加在3.5 毫米的增加從70 毫米對(duì)最大的可能的直徑為計(jì)算價(jià)值方便起見 LDR 。MoS2 被使用了作為潤滑劑在所有圓杯子圖畫測(cè)試進(jìn)行在本研究中, 和圖畫速度是0.2 mm/s
。
圖12 顯示拉長的杯子在各種各樣的溫度。
圖12清楚的顯示,當(dāng)形成溫度增加時(shí)拉拔深度增加。表明這個(gè)圖形那自動(dòng)測(cè)試設(shè)備畫的形狀拉深成形的在多樣的溫度是相當(dāng)不同的。自動(dòng)測(cè)試設(shè)備現(xiàn)象變成重要的在較高的成型溫度。LDR 、畫的深度, 和相關(guān)的處理參量的價(jià)值被列出在表1 為測(cè)試進(jìn)行在各種各樣的溫度。它被注意在表1, 所有價(jià)值增加當(dāng)形成的溫度增量。但是, 增量 LDR 和圖畫深度不是那么重大的在范圍從室溫對(duì)100 0C, 但得到大從100 2000C 。注意在表1一大的斷裂紋是需要的大的坯料尺寸到是成功地從中提取一較高的溫度是。在室溫CP 鈦板料LDR 的價(jià)值是2.2, 與可比較的碳鋼, 表明, 沖壓CP 鈦覆蓋在室溫是可行的。
4. 結(jié)束語
在本研究中調(diào)查了由做各種各樣的試驗(yàn)。在各種各樣的溫度CP 鈦板料沖壓的可鍛性的形成。機(jī)械性能 CP 鈦板料在各種各樣的溫度第一次被審查了, 并且應(yīng)力聯(lián)系被獲得從實(shí)驗(yàn)表明, CP 鈦板料有更高的屈服應(yīng)力和更小的伸長在室溫, 但當(dāng)板料被加熱到300 0C比例減少由屈服應(yīng)力的增加決定。它是被注意應(yīng)力聯(lián)系獲得從拉伸測(cè)試在室溫表明CP 鈦板料能被形成入淺組分在室溫, 雖然屈服應(yīng)力是一少許更高的。形成限制CP 鈦板料的圖被獲得在室溫不是那么高的作為那些被冷軋的鋼, 而是極小值主要張力0.34 并且提供一種最宜的可能性為 CP 鈦板料被形成在室溫。圓形拉深測(cè)試顯露, 在室溫CP 鈦板料有 LDR 價(jià)值的2.2, 和成功地拉長的以20 毫米的深度證實(shí)CP 鈦板料可能被形成入淺組分在室溫。但是, 露出的現(xiàn)象顯示表明, CP 鈦板料負(fù)擔(dān)重要的 各向異性現(xiàn)象在能并且影響可鍛性的平面圓形拉深。
調(diào)查了在室溫度應(yīng)力聯(lián)系對(duì)張力率的作用。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表示, 應(yīng)力聯(lián)系變得穩(wěn)定當(dāng)張力率比0.001 小。在V 彎測(cè)試, 實(shí)驗(yàn)性結(jié)果顯露重要信息回彈可能被減少在被舉起的形成的溫度。彈性后效可以是減少如果使用一較小沖頭半徑 。實(shí)驗(yàn)性結(jié)果表明本研究提供根本性形成CP 鈦板料模具設(shè)計(jì)。
鳴謝
作者會(huì)想感謝全國科學(xué)中華民國的委員會(huì)為財(cái)政支持這研究根據(jù)合同第NSC 89-2212-E-002-147,使實(shí)驗(yàn)工作成為可能。
參考文獻(xiàn)
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15
課程設(shè)計(jì)-墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計(jì)
大 學(xué)
名稱 墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計(jì)
院 系 機(jī)電工程系
班 級(jí)
姓 名
系 主 任
教研室主任
指導(dǎo)教師
長墊片復(fù)合沖壓模具的設(shè)計(jì)
摘要：模具是現(xiàn)代工業(yè)的重要工藝設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，它在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的地位，發(fā)展前景十分廣闊。裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。本次綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)墊片的復(fù)合沖壓模具，從零件的工藝性分析到模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)再到工藝計(jì)算，一直到最后的模具裝配圖。
關(guān)鍵詞：墊片、復(fù)合沖壓模具、設(shè)計(jì)
目 錄
引言（緒論） 1
一、沖裁件的工藝性分析 7
二、確定沖壓工藝方案 7
三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式 7
1.模具的形式 4
2.定位裝置 4
3.卸料裝置 4
4.導(dǎo)向零件 4
5.模架 4
四、必要的工藝計(jì)算 8
1.排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算 4
2.計(jì)算沖壓力 4
3.計(jì)算模具壓力中心 4
4.計(jì)算模具刃口尺寸 4
五、墊片復(fù)合模主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4
1.落料凹模? 4
2.沖孔凸模長度及強(qiáng)度校核? 4
3.凸凹模長度確定及壁厚校核? 4
4.凸凹模固定板尺寸? 4
5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 4
6.卸料板的設(shè)計(jì) 4
7.模座的選擇 4
六、壓力機(jī)校核? 4
1.模柄孔的校核? 4
2.模具閉合高度的校核? 4
3.壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸的校核? 4
4.沖裁力校核 4
七、繪制模具總裝配圖及零件圖 14
課程設(shè)計(jì)小結(jié) 24
致謝? 4
參考文獻(xiàn) 25
引 言
裝備制造業(yè)在2007年的迅速發(fā)展，尤其是汽車和電子電器產(chǎn)品的高速增長，為模具工業(yè)的發(fā)展?fàn)I造了良好的市場(chǎng)環(huán)境。除了發(fā)展速度繼續(xù)提升外，我國模具行業(yè)在2007年還呈現(xiàn)出三大亮點(diǎn)：
一、是模具向大型、精密、復(fù)雜方向發(fā)展成果突出，如已生產(chǎn)出了單套重量達(dá)到100噸的巨型模具及型腔精度達(dá)到0.5μm的超精模具和能與2500次/分高速?zèng)_床相匹配的精密多工位級(jí)進(jìn)模等；模具專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度得到進(jìn)一步提高，如廣東模具企業(yè)的模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率大都已達(dá)到或超過了80%等；行業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)正在不斷趨向合理化等，行業(yè)正在形成一個(gè)以數(shù)字化和信息化為主要內(nèi)容的技術(shù)改造熱潮，發(fā)展后勁充足等。
二、是行業(yè)骨干隊(duì)伍正快速形成，集群式生產(chǎn)方式得到進(jìn)一步發(fā)展，勞動(dòng)生產(chǎn)率不斷提高。模具行業(yè)目前已有80多家重點(diǎn)骨干企業(yè)，現(xiàn)在，年產(chǎn)模具5000萬元以上的企業(yè)全行業(yè)也有100家左右。骨干隊(duì)伍正在起著帶動(dòng)行業(yè)的作用。繼2006年之后，全國的模具城得到了進(jìn)一步發(fā)展。模具城的產(chǎn)出要比上年增長25%以上。模具行業(yè)全員勞動(dòng)生產(chǎn)率比上年有10%以上的提高。
三、是國際合作進(jìn)一步發(fā)展，中國模具正在加速融入世界，因而也為中國模具今后的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了更為有利的條件。無論是出展出訪還是來展來訪，中國模具行業(yè)2007年國際合作方面的活動(dòng)都要比往年更豐富，參與的企業(yè)數(shù)和人數(shù)更多，成效更加顯著。
在中國模具工業(yè)2007年可喜的發(fā)展中也有隱憂。
隱憂之一是生產(chǎn)模具的原材料、人工等成本費(fèi)用不斷上漲，2007年又比上年漲了20%左右，致使模具企業(yè)利潤空間進(jìn)一步受擠壓，利潤率進(jìn)一步下降，有些企業(yè)已出現(xiàn)虧損，顯得難以為繼。
隱憂之二是模具人才，特別是高技能、高水平人才全行業(yè)缺乏，這已制約了模具行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。由于總數(shù)量的供不應(yīng)求，高層次人才的正常流動(dòng)現(xiàn)在已變得有一些不正常了，用人單位的用人成本也顯著增加。同時(shí)，人才素質(zhì)也亟待提高。
隱憂之三是在模具行業(yè)國內(nèi)外市場(chǎng)前景良好和現(xiàn)有企業(yè)大多利好的情況下，模具行業(yè)固定資產(chǎn)投入年復(fù)一年不斷攀升，尤其是外資和民間投資更為踴躍投入，致使某些領(lǐng)域已呈飽和之勢(shì)和低水平的重復(fù)。大量投資的結(jié)果雖然對(duì)促進(jìn)模具工業(yè)的發(fā)展有好處，但也預(yù)示著企業(yè)今后的競(jìng)爭(zhēng)更為劇烈。競(jìng)爭(zhēng)會(huì)不會(huì)造成今后的大調(diào)整而累及行業(yè)發(fā)展，這已引起一些業(yè)內(nèi)人士的擔(dān)憂。目前，在部分領(lǐng)域，尤其在中低檔市場(chǎng)上，競(jìng)爭(zhēng)已造成因相互過度壓價(jià)而損害產(chǎn)品質(zhì)量的狀況。
隱憂之四是中國模具行業(yè)總體創(chuàng)新能力薄弱，綜合水平仍比國外先進(jìn)水平落后許多，這對(duì)今后發(fā)展非常不利。所謂綜合水平的落后包括了技術(shù)落后、產(chǎn)品落后、管理落后及人的觀念和水平落后等。雖然我國模具行業(yè)中也不乏可與世界先進(jìn)水平相媲美的企業(yè)，有些產(chǎn)品也并不比世界先進(jìn)水平差，但這畢竟只是少數(shù)。就大多數(shù)而言，我們必須承認(rèn)落后，而且總體來說，不是落后一點(diǎn)點(diǎn)，而是落后了許多?？傮w落后的主要表現(xiàn)是我國模具在結(jié)構(gòu)、精度、效能、壽命及生產(chǎn)周期等方面以及從業(yè)人員綜合素質(zhì)與水平和全員勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面與國際先進(jìn)水平相比有著較大差距。此外，當(dāng)然還存在裝備及環(huán)境等方面的差距等。
模具設(shè)計(jì)
一、沖裁件的工藝性分析
（1）材料 Q235是普通碳素鋼，具有良好的沖壓性能。
（2）工件結(jié)構(gòu) 該零件形狀簡單。孔邊距遠(yuǎn)大于凸、凹模允許的最小壁厚，故可以考慮采用復(fù)合沖壓工序。
（3）尺寸精度 零件圖上尺寸未標(biāo)注公差，屬自由公差，按IT14級(jí)確定工件的公差，一般沖壓均能滿足其尺寸精度要求。
二、確定沖壓工藝方案
該零件（如右圖）包括落料、沖孔兩個(gè)基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先落料，后沖孔。采用單工序 模生產(chǎn)。
方案二：落料—沖孔復(fù)合沖壓，采用復(fù) 合模生產(chǎn)。
方案三：沖孔—落料連續(xù)沖壓，采用級(jí) 進(jìn)模生產(chǎn)。
方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序兩副模具，生產(chǎn)率低，難以滿足該零件的年生產(chǎn)需要。方案二只需一副模具，沖壓件的形位精度和尺寸精度容易保證，且生產(chǎn)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單對(duì)稱，模具制造并不困難。方案三也只需要一副模具，生產(chǎn)率也高，但模具制造、安裝較復(fù)合模復(fù)雜。通過對(duì)上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案二為佳。
三、選擇模具結(jié)構(gòu)形式
（1）模具的形式
此工件有三個(gè)孔，若采用正裝式復(fù)合模，操作很不方便；另外此工件無較高平直度要求，工件要求精度也較低，沖孔廢料由沖孔凸模沖入凹模洞口中，積聚到一定數(shù)量，由下模漏料孔排出，不必清除廢料，操作方便，應(yīng)用很廣，但工作表面平直度較差，凹凸模承受的張力較大。因此凹凸模的壁厚應(yīng)嚴(yán)格控制，以免強(qiáng)度不足。所以從操作方便、模具制造簡單等方面考慮，決定采用倒裝式復(fù)合模。
（2）定位裝置
采用擋料銷縱向定位，安裝在卸料板上，并在凹模板開設(shè)讓位孔。
（3）卸料裝置
1.條料的卸除 采用彈性卸料板。因?yàn)槭堑寡b式復(fù)合模，所以卸料板安裝在下模。
2.工件的卸除 采用打料裝置將工件從上模落料凹模中推下，落在模具工作面上。
3.沖孔廢料的卸除 采用下模座上漏料孔排出。沖孔廢料在下模的凹凸模內(nèi)積聚到一定數(shù)量，便從下模座的漏料孔中排出。
（4）導(dǎo)向零件
導(dǎo)向零件有許多，如用導(dǎo)板導(dǎo)向則在模具上安裝不便，而且阻擋操作者視線，所以不采用；若用鋼珠式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向，則雖然導(dǎo)向精度高，壽命長，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以不采用；針對(duì)這次加工的產(chǎn)品精度要求不高，采用滑動(dòng)式導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向即可。而且模具在壓力機(jī)上的安裝比較簡單，操作又方便，還可降低成本。
（5）模架
若采用中間導(dǎo)柱模架，則導(dǎo)柱對(duì)稱分布，受力平衡，滑動(dòng)平穩(wěn)，拔模方便，但只能一個(gè)方向送料。若采用后側(cè)導(dǎo)柱模架，則可三方向送料。操作者視線不被擋住，結(jié)構(gòu)比較緊湊。
本設(shè)計(jì)決定采用后側(cè)導(dǎo)柱模架。
四、必要的工藝計(jì)算
（1）排樣設(shè)計(jì)與計(jì)算
1、單直排
a、搭邊。查《沖壓模具設(shè)計(jì)與制造》，確定搭邊直a、a1
t = 2 mm，工件間a1 =2.5 mm。
側(cè)搭邊 a = 2mm。
b、條料寬度。采用無側(cè)邊裝置，所以
B=（D+2a）= （50+2.5+2.5）= 55mm
式中——條料寬度的單向偏差，mm，查表得=-0.15mm
c、送料步距：
S = L + a =30 +2 = 32 mm
d、材料利用率
利用CAD軟件，查得其面積為1163.542mm
條料一個(gè)步距內(nèi)的面積為45×34=1530 mm
=100%=100%=76.04%
排樣圖如下：
2、計(jì)算沖壓力
沖裁力公式為
P= P+ P
式中 P —— 沖裁力；
P—— 沖孔沖裁力；
P——落料沖裁力。
（1） 沖孔沖裁力P孔。
P= Pt
式中 L ——沖孔周長；
t ——材料厚度，t=1mm；
——材料抗拉強(qiáng)度，MPa，查手冊(cè)，Q235，=375~460MPa，取=400MPa。
所以 P = Lt=（2×3×2+2×8）×1×400=35168N
（2） 落料沖裁力P落。
P= Lt
所以 P= Lt=（++26×4）×1×4 00
=77605.3N
（3） 卸料力P。
P= K× P
式中 P——卸料力；
K——卸料系數(shù)，查表K=0.04~0.05，取K=0.04。
所以 P= K× P=0.04×77605.3N=3104.212N
（4） 推件力P
P = KPn
式中 K——推料系數(shù)，查表取K=0.055；
n——同時(shí)卡在凹模洞孔內(nèi)的件數(shù)，取n=3。
所以 P = KP n=0.055×35168×3N=5802.72N
（5） 總沖壓力P總。沖裁時(shí)，壓力機(jī)的壓力值必須大于或等于沖裁各工藝力的總和，即大于總的沖壓力?？偟臎_壓力根據(jù)模具結(jié)構(gòu)不同計(jì)算公式不同，當(dāng)采用彈壓卸料裝置和下出件的模具時(shí)，總的沖壓力為
P =P+ P+ P= P+ P+ P+ P
=77605.3+3104.212+35168+5802.72 N=121680.26N122KN
初選壓力機(jī)型號(hào)為：JH23—25。
該壓力機(jī)的主要參數(shù)：
公稱壓力250KN
滑塊行程75mm
最大封閉高度260mm
封閉高度調(diào)節(jié)量55mm
工作臺(tái)尺寸560×370
模柄孔尺寸40×60
3.計(jì)算模具壓力中心
由于該零件關(guān)于中心對(duì)稱，所以模具的壓力中心在幾何圖形的中心點(diǎn)上。
4.計(jì)算模具刃口尺寸
落料 設(shè)工件的尺寸為,根據(jù)計(jì)算原則，落料以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凹模尺寸，使凹模的基本尺寸接近或等于工件輪廓的最小極限尺寸;將凹模尺寸減去最小合理間隙值即得到凸模尺寸。
=（）
D=（D）
=（D）
沖孔 設(shè)沖孔尺寸為，根據(jù)計(jì)算原則，沖孔時(shí)以凸模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。首先確定凸模尺寸，使凸模的基準(zhǔn)尺寸接近或等于工件孔的最大極限尺寸；將凸模尺寸增大最小合理間隙值即得到凹模尺寸。
d=(d+x)
d=(d+z)=(d+x+z)
孔心距 孔心距屬于磨損后基本不變的尺寸。在同一工步中，在工件上沖出孔距為L兩個(gè)孔時(shí)，其凹模型孔中心距可按下式確定。
L=L
上述式中： 、D ——落料凹、凸模尺寸；
d、 d ——沖孔凸、凹模尺寸；
D ——落料件的最大極限尺寸；
d ——沖孔件孔的最小極限尺寸；
L、 L ——工件孔心距和凹?？仔木嗟墓Q尺寸；
——工件制造公差；
z——最小合理間隙；
x ——磨損系數(shù)；
——凸或凹模的制造公差，可按IT6~IT7級(jí)來選取，也可查表選取，或取（），（）。
為了保證初始間隙不超過Z即++,和選取必須滿足以下條件：
+
外形由落料獲得， 16由沖孔同時(shí)得到：
查表得：Z=0.1mm,Z=0.14mm,
則 Z-Z=(0.14-0.1)mm=0.04mm
由于尺寸為自由公差，均為IT14級(jí)，所以×=0.5mm
設(shè)凸、凹模分別按IT6和IT7級(jí)加工制造，則
沖16孔：
d=(d+×)=(16+0.5×0.43) =16.215mm
d=( d+ Z)=(16.215+0.1)=16.315mm
校核：+
0.011+0.0180.14-0.1
0.029<0.04（滿足間隙公差條件）
落料
D=(D- ×)=(30-0.5×0.15) =29.925mm
D=( D- Z)=(29.925-0.1)=29.825mm
校核：+
0.012+0.0080.14-0.1
0.002<0.04（滿足間隙公差條件）
符合精度要求。
五、主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.落料凹模
1）厚度H
H=K
式中 K——修正系數(shù)，查表K=1.25；
P——落料沖裁力，N，P=77605.3N=78KN。
代入 H=1.25×=24.7mm
取H=20mm
2）長度和寬度L、B
L=l+2W
式中 W——垂直于送料方向的凹模型孔壁間最大距離。
W1.2 H=1.2×20=24mm
所以 L= l+2W=25×2+12+24×2=110mm
B= B+2W=26+24×2=74mm
取 L=120mm
B=70mm
由于凹模內(nèi)要設(shè)置推件塊，為了使模具加工簡單，將凹模分成兩塊：凹模板和空心墊板，每塊板的厚度各為10mm。
2.沖孔凸模長度及強(qiáng)度校核
1）沖孔凸模長度L.
L=H+l
H=(0.6~0.8)H
H=K
l= H
以上各式中 H——凸模固定板厚度；
H——沖孔凸模厚度；
P——沖孔沖裁力；
K——系數(shù)；
l——凸模自由長度；
H——落料凹模厚度，H=20mm。
所以H=K=1×=15.2mm，取H=16mm
H=(0.6+0.8)H=(0.6~0.8)×16 = 9.6~12.8mm，取H=10mm
l= H=20mm
所以L= H+l=10+20=30mm
2）凸模強(qiáng)度——壓應(yīng)力校核
校核公式為：
式中 P——沖孔沖裁力，N，P=7536N，
F——凸模最小斷面積，F(xiàn)=r=3.14×3×3=28.26mm，
[]——凸模材料的許用壓應(yīng)力，MPa，材料為Cr12，查手冊(cè)，[]=(1000~1600)MPa,取[]=1200MPa.
因?yàn)? ==266.7MPa<[]
所以凸模強(qiáng)度符合要求。
3.凸凹模長度確定及壁厚校核
1）凸凹模長度H確定
H=H-F+H-1+H=50-20+10-1+20=59mm60mm
式中 H——彈簧的自由長度，mm，H=50；
F——彈簧壓縮量，mm；
H——卸料板厚度，mm，取H=10mm；
H——固定板厚度，mm，取H=20mm。
2）凸凹模壁厚校核。
查表，倒裝復(fù)合模最小壁厚n=2.7mm，（料厚t=1mm）
此例中n=6-3=3mm> n
所以滿足最小壁厚n> n的要求。
4.凸凹模固定板尺寸
凸凹模形狀為矩形120×70,厚度取20mm，與凸凹模過盈配合。
5.墊板結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
理論上，確定是否需要墊板的方法如下：
條件：沖裁時(shí)，如果凸模的端部對(duì)模座的壓應(yīng)力超過模座材料的許用壓應(yīng)力，這時(shí)需要凸模端部與模座之間加上一塊強(qiáng)度較高的墊板。即下列情況需要加墊板。
式中 ——凸模端面壓應(yīng)力，MPa；
——模座材料許用壓應(yīng)力，鑄鐵約為100MPa，鋼約為200MPa；
P——沖裁力，N；
F——凸模上端面面積，mm；
D——凸模上端面直徑，mm。
墊板形狀和凸模固定板一致，矩形，墊板厚度一般為3~10mm。
墊板材料常用T7或T8工具鋼，熱處理硬度為48~52HRC。墊板淬硬后兩面應(yīng)磨平，表面粗糙度R0.32~0.63um。
本例中上模部分已有墊板。
下面確定凸凹模與下模板之間是否需要墊板：
本例中，由于凸凹模和固定板的配合為過盈配合，所以其表面積按固定板面積計(jì)算，很顯然不需要加墊板。因?yàn)榧訅|板之后與沒加之前（下表面積）沒有區(qū)別。
6.卸料板的設(shè)計(jì)
1）卸料板的形狀和尺寸。
卸料板取矩形板，厚度為H=10mm，卸料板材料選A3或（45鋼），不用熱處理淬硬。
2）卸料板上成形孔的設(shè)計(jì)。取彈壓卸料板與凸模的雙面間隙為0.1~0.3mm。
7.模座選擇
由于模板周界為120×70mm，所以選
上模座 125×80×30 GB/T2855.5—1990
下模座 125×80×30 GB/T2855.6—1990
材料 HT200 GB9436—88 閉合高度最小140mm，最大165mm。
導(dǎo)柱20×130 GB/T2861.1—1990
導(dǎo)套20×70×28 GB/T2861.6—1990
六、壓力機(jī)校核
初選壓力機(jī)型號(hào)為：JH23—25.
該壓力機(jī)的主要參數(shù)：
公稱壓力250KN
滑塊行程75mm
最大封閉高度260mm
封閉高度調(diào)節(jié)量55mm
工作臺(tái)尺寸560×370
模柄孔尺寸40×60
1.模柄孔的校核
模柄的尺寸為40×80，上模座厚度為30mm，則模柄伸出上模座的高度為50mm<60mm，因此合適。
2.模具閉合高度的校核
模具的閉合高度H=30+15+10+10+10+60+30-1=164mm，而壓力機(jī)的最大封閉高度260mm，其調(diào)節(jié)量為55mm，則壓力機(jī)的最小閉合高度為205mm，大于模具的閉合高度，可以在模具下模座下加墊板，所以此項(xiàng)也可滿足要求。
3.壓力機(jī)工作臺(tái)尺寸的校核
查手冊(cè)，該型號(hào)模座的外形尺寸為：194×142mm，壓力機(jī)的工作臺(tái)尺寸為560×370mm，符合每邊留出60~100mm的要求，用來安裝固定模具用的螺栓、墊塊和壓板，所以合適。
4.沖裁力校核
沖裁合格產(chǎn)品所需的沖裁力P為122KN<壓力機(jī)的公稱壓力250KN，所以合適。
綜上所述：型號(hào)為JH23—25的壓力機(jī)符合要求。
七、繪制模具總裝配圖及工作零件圖
模具整體裝配效果圖
設(shè)計(jì)小結(jié)
通過這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢(shì)有了更深刻的了解，通過整個(gè)模具設(shè)計(jì)流程，使我掌握了沖壓模具的總體設(shè)計(jì)思路及在模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題、及處理方法，對(duì)設(shè)計(jì)中一些常規(guī)方法了有了進(jìn)一步的了解，為以后從事模具行業(yè)打下了基礎(chǔ)。通過計(jì)算機(jī)輔助手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)模具零件的三維造型，同時(shí)利用軟件完成了相關(guān)零部件的裝配過程，實(shí)現(xiàn)了模具結(jié)構(gòu)的總裝配，同時(shí)，使用了 AutoCAD 完成了相關(guān)二維結(jié)構(gòu)及零件圖。這次課程設(shè)計(jì)讓我鞏固了專業(yè)知識(shí)，對(duì)知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。
致謝
本次實(shí)訓(xùn)即將結(jié)束，在這次實(shí)訓(xùn)過程中得老師以及許多同學(xué)的幫助，老師的悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。在此，向曾經(jīng)教導(dǎo)過我和一直幫助關(guān)心我的老師們致以深深的敬意，同時(shí)也要感謝我的同學(xué)們?cè)谶@次實(shí)訓(xùn)過程中給我的幫助。
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[12]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心組織編寫.模具設(shè)計(jì)師.中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2008.5
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