密码锁体支架成型工艺及模具设计毕业论文.doc 49页

'密码锁体支架成型工艺及模具设计毕业论文目录摘要引言1第1章冲压件工艺性分析21.1设计任务21.2冲压工艺性分析3第2章冲压工艺方案及模具结构的确定42.1确定工艺方案42.2确定模具结构类型42.2.1模具类型的选择42.2.2送料及定位方式的选择42.2.3卸料及出件的确定52.2.4导向方式的确定5第3章模具工艺计算63.1工件尺寸的展开计算63.1.1弯曲毛坯展开计算63.1.2圆孔翻边的毛坯计算63.2排样方式的确定及计算73.2.1排样方法的确定73.2.2搭边计算73.2.3步距和条料宽度的计算83.2.4条料的利用率83.3冲压力计算及压力机的选择93.3.1冲压力的计算93.3.2压力机的选择93.4模具压力中心的确定10 3.5凸、凹模刃口尺寸计算113.5.1冲裁间隙的确定113.5.2落料凹模刃口尺寸计算123.5.3冲孔凸模刃口尺寸计算12第4章模具零部件设计144.1落料凹模设计144.2凸模设计164.3凸凹模设计194.4固定零件设计204.4.1凸模固定板204.4.2凸模垫板214.4.3凸凹模固定板214.4.4凸凹模垫板214.5卸料零件设计224.5.1卸料板的设计224.5.2卸料橡胶的尺寸计算224.6模架及其他设计234.7模具闭合高度校核24第5章模具装配图25致谢26参考文献27附录：英语原文及翻译28 密码锁体支架成型工艺及模具设计摘要：密码锁支架成型工艺的确定和模具的设计。该模具是倒装复合模，作用是同时实现密码锁体支架的落料和冲孔，保证零件的精度和同轴度。本次设计先确实零件成型工艺，再进行设计模具主要工艺计算、压力机的选择、模具零部件的结构和尺寸计算等。关键词：复合模；落料；冲孔；成型工艺 FormingtechnologyanddiedesignofcodelockbracketAbstract:Designedtoidentifyandlockbracketmoldformingprocess.Thedieisaflipchipcompounddie,thefunctionistorealizetheblankingandpunchingofthecipherlockframeatthesametime,toensuretheprecisionofthepartsandthecoaxialdegree.Thefirstdesignisindeedpartmoldingprocess,thenthemainmolddesignprocesscalculation,presstoselect,structureanddimensioningthemoldpartsandsoon.Keywords:compounddie；piercing；blanking；formingprocess； 引言冲压是一种非常优秀的金属加工方法，，它是利用冲压设备和冲压模具，通过金属塑性变形的原理，对金属进行加工，来获得所需要的零件外形和尺寸精度。冲压和切削加工相比较，具有生产率高，适合大批量生产、材料利用率高，可高达95%、保证产品尺寸精度稳定、容易实现机械化和自动化等优点。由于冲压零件有相当大的强度和刚度，且重量有轻，广泛应用于各行各业。全世界的钢材中，大约有60～70%是板材，其中绝大部分是经过冲压制成零件。民用方面，例如汽车的车身、油箱、底盘、散热器片、锅炉的汽包、电机、容器的壳体、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。家用电器、仪器仪表、办公机械、自行车、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。国防方面，飞机、坦克、枪弹、导弹、炮弹等产品，其中的零件采用冲压的比例相当大。冲压模具就是将金属批量加工成所需要零件的工具。冲模在冲压生产中非常重要，没有符合要求的冲模，冲压的批量生产就无法进行；没有先进的冲模，冲压产品质量的和尺寸精度就无法保证。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。冲压模具正在成为一种越来越重要工艺装备，冲压模具的设计和制造技术是衡量一个国家设计和制造水平的重要标志之一。本次毕业课题为企业单位委托设计课题，具有非常重要实际设计和生产意义。本次设计，我要综合运用和巩固所学相关课程的基本理论和专业知识，掌握冲压工艺与模具设计的基本方法和步骤，会查阅技术文献和资料。初步掌握冲压模具的步骤和方法，为实际工作打下良好的基础。在外国，许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造，主要体现在几点。一是全力开展和推广冲压模具CAD/CAM,提高冲压模具质量，增加设计和制造的自动化；二是大力发展冲压模具加工设备，缩减制模周期，减少加工成本，提高企业的竞争力；三是加速模具标准化，工艺管理先进、标准化程度高；四是大力研发冲压模具新品种，新冲压技术，新制造工艺和新冲压材料；在中国，国家对模具工业相当重视，把模具产业的发展作为机械产业的首要任务。经过几十年发展，虽然我国模具技术已获得到较大的进步，但仍然不能满足国民经济高速发展的需要，还需花费大量资金向国外进口一些模具，其原因是：一是专业化和标准程度低；二是模具品种少，效率低；三是制造周期长，模具精度不高；四是模具计算机的辅助设计和制造发展不过快，没用广泛应用于模具设计和制造过程中。本书是密码锁体的落料冲孔复合模设计说明书，结合模具的设计和制作，广泛听从指导老师和同学的意见，经过多次修改编制而成。为了完成本次设计，本人通过查阅多方面的资料文献，务必使内容简单扼要，论述充分，其中夹杂有必要的数据，表格和插图。但由于本人是应届毕业生,没有实际设计和加工模具的经验，只有书中的理论知识，说明书中难免有错误和不合理的地方，恳请各位老师批评指正。45 第1章冲压件工艺性分析1.1设计任务冲压零件图：如图1-1所示；冲压零件三维图：如图1-2所示；生产批量：中批量；材料：Q235A；材料厚度：2mm；技术要求:高度尺寸56.5mm按实际尺寸调整；要求零件门板孔与支架孔同轴度为0.2mm；未标注圆角为R1，未标注公差按IT14级确定。图1-1零件图45 图1-2零件三维图1.2冲压工艺性分析1.2.1冲压件结构分析此工件结构复杂，有落料、冲孔、弯曲、翻孔四道工序。零件上有四个翻孔，两个非圆形的冲裁，和两次弯曲，同时是要保证尺寸和同轴度的精度要求，生产批量为中批量。工件上最小的孔计算后为直径3.17mm大于极限冲裁尺寸2.6mm，孔间距大于2mm，孔边距大于2.6mm，所以符合冲裁要求。1.2.2冲压件尺寸精度工件的所用尺寸均为未标注公差，按IT14级确定工件的公差，在IT11级以下，尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足精度要求。1.2.3材料的力学性能Q235A为普通碳素结构钢，含碳量≤0.22%,是低碳钢的一种。Q235A的强度和刚度较低，但韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的热加工性；焊接性能；较好的冲裁成形性能。其力学性能为σb=（370～500）Mpa，τ=（310～380）Mpa。45 第2章冲压工艺方案及模具结构的确定2.1确定工艺方案根据对冲压件的工艺分析，知道其基本工序有落料、冲孔、弯曲、翻孔四道基本工序，按其零件的形状来确定，可得如下几种方案。(1)落料—冲孔—弯曲—弯曲—翻孔，单工序模冲压。(2)落料—冲孔复合模冲压＋单工序弯曲模冲压＋弯曲复合模，复合模和单工序模混合冲压。(3)冲孔—弯曲—弯曲—翻孔—落料，级进模冲压。方案（1）属于单工序模冲压。由于此零件工序多，需要五副模具，模具设计和生产成本高，生产效率较低，操作也不安全，劳动强度大，故不宜采用此方案。方案（3）属于连续模冲压。连续模虽然生产效率非常高，且容易实现自动化和机械化，适合零件的大规模生产。但由于本次零件的结构尺寸比较大，同轴度要求高且中等批量生产。如果采用连续模生产，成本过高，且零件尺寸精度不能保证，因此不宜采用此方案。方案（2）属于复合模和单工序模混合冲压。采用复合模和单工序模混合冲裁，其模具结构没有连续模复杂，又能保证冲裁件的位置精度，生产效率很高，成本低，劳动强度低，所以此方案最为合适。根据分析采用方案（2）复合模和单工序模混合冲压最为合理。2.2确定模具结构类型2.2.1模具类型的选择本次设计只设计落料冲孔复合模具，另外两副模具不在本次研究范围内。复合模分为正装复合模和倒装复合模。凸凹模在上模的复合模称为正装复合模，相反凸凹模在下模的复合模称为倒装复合模。正装复合模的优点是冲裁件位置精度高，生产效率高；零件平整度高；下模上有废料，难以及时清走；生产中安全性较差。倒装复合模的优点是冲裁件位置精度高，生产效率较高；零件平整度不是很高；凹模工作面有废料和工件，容易及时清走；生产中安全性一般。因为零件平整度要求不高，从废料排除操作安全性来考虑，选择故选择倒装式复合模具。2.2.2送料及定位方式的选择冲压模具的定位零件的作用是板料在模具上能正确定位。设计时，可以根据零件形状、尺寸、模具的结构形式，来确定不同的定位方式。因为该模具是倒装复合模，采用的是条料，卸料方式又是弹性卸料。控制条料的送进方向采用活动导料销，控制条料的送进步距采用活动挡料销定距。45 2.2.3卸料及出件的确定冲压模具卸料装置有刚性卸料、弹性卸料、废料切刀卸料三种。废料切刀装置通常在大型成型件切边模中使用，用于将废料切开而卸料。刚性卸料装置适用于零件板厚较厚，卸料大时。弹性卸料装置适用于零件板厚较小，卸料力小落料冲孔复合模，卸料力小，多采用弹性卸料方式，来保证零件的平整度。零件料厚为2mm，相对较薄，冲裁后在凸凹模上的废料用弹性卸料板卸料。出件方式根据模具结构不同而设计，出件方式也不同。因为采用倒装式复合模，倒装式复合模均采用上出件方式，即利用上模部分的打料机构把压入凹模的工件打出2.2.4导向方式的确定模具的导向有导柱和导套发滑动配合和滚珠导柱导套的滚动配合。滚珠导柱导套装置，精度高、寿命长、成本高，适合于高速冲模，级进模，精密冲裁模等。导柱和导套装置，加工方便，成本低、精度低、容易装配，适用于单工序模，复合模等大部分冲压模具。本次设计模具导向精度要求不高，所以采用导柱和导套发滑动配合。45 第3章模具工艺计算3.1工件尺寸的展开计算3.1.1弯曲毛坯展开计算分析工件弯曲的形状和尺寸，发现工件是多角弯曲件，弯曲半径为1mm，板厚为2mm。我们已知板料弯曲时，应变中性层的长度不变，因此可以根据弯曲前和弯曲后应变中性层长度不变的原则来确定弯曲件的毛坯长度和尺寸。弯曲毛坯尺寸的计算由文献【1】公式3-40所示，展开计算公式如下：L=L1＋L2＋π/2(r+X0t)=L1＋L2＋1.57(r+X0t)L——弯曲件毛坯的展开长度，L为mm；r——弯曲件弯曲半径，r为mm；L1，L2——弯曲件直边部分长度，L1，L2为mm；t——弯曲件原始厚度，t为mm；X0——中性层内移系数。式中X0由文献【1】表3-1查出，取X0为0.38。L=2×[3＋50.5＋27＋12＋17＋4×1.57×(1＋0.38×2)]mm≈241mm3.1.2圆孔翻边的毛坯计算圆孔翻边计算，要先计算预冲孔直径d0，和弯曲一样也是根据应变中性层的长度不变的原则，利用翻边高度计算d0。计算公式如下：d0=D-2（h－0.43r－0.72t）式中d0——预制孔直径，d0为mm；D——翻边后竖边的中径，D为mm；h——翻边高度，h为mm；r——翻边内径，r为mm；t——板厚，t为mm。d0=8-2（4.5－0.43×1.5－0.72×2）mm＝3.17mm工件展开形状和尺寸如下图3-1所示。45 图3-1工件展开图3.2排样方式的确定及计算在冲压零件的成本中，材料费用占大部分，因此材料怎么经济利用是一个重要问题。冲裁件在条料、带料或板料上布置的方式叫排样。3.2.1排样方法的确定根据材料的利用情况，排样又可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。三种排样方法有各自的优点和确定，根据实际设计情况选取。有废料排样是比较常用，因为有废料搭边，这样的排样能保证冲裁件质量高，冲模寿命长，但材料利用率低。根据对图3-1的分析，采用直排有废料排样方式。3.2.2搭边计算搭边是排样时两个工件之间以及工件与板料沿边之间留下的余料。它是用来补偿定位误差，使冲裁时能冲出合格的工件。搭边还保证条料有一定刚度，便于送料。搭边数值取决于以下因素：（1）工件的尺寸和形状：（2）材料厚度；（3）材料的机械性能；（4）送料及挡料方式：搭边过大，材料利用率低；搭边过小，则搭边强度，刚度不够，不能准确送料，不能保证冲裁质量，冲裁力大，减少冲压模具寿命总的来说，搭边值一般是由经验确定的。45 由文献【1】表2-11参考选取得搭边值：最终延边搭边值：a＝2.5mm工件与工件之间的搭边值：a1＝2.2mm通过以上分析和计算得出图3-2的排样形式为最佳方案。3.2.3步距和条料宽度的计算零件与送料方向垂直的最大尺寸为241mm，延边搭边值为2.5mm。零件与送料方向平行的最大尺寸为72mm，工件间搭边值为2.5mm。所以步距：H=72mm+2.2mm=74.2mm；条料宽度：B=241mm+2×2.5mm=246mm。3.2．4条料的利用率有cad软件可求出冲裁件实际面积A0＝16438mm2板料面积A＝246×74.2＝18321mm2η＝A0/A＝16438/18321×100%≈89.7%3-2排样图45 3.3冲压力计算及压力机的选择3.3.1冲压力的计算计算冲压力的目的是为了选用合适的压力机和设计模具。压力机的公称压力必须大于所计算的冲压力。F0＝Ltτ式中t——材料板厚，t为mm；τ——材料抗剪切强度，τ为Mpa；L——冲裁周长，L为mm。考虑到凸、凹模刃口的磨损，材料机械性能的变化，凸、凹模间隙的波动、材料板厚偏差等因素，实际冲压力还须增加30％，即F＝1.3F0＝1.3Ltτ（1）落料力：F落=1.3×601.7×2×345N＝539725N＝539.725KN其中τ查表为（310～380）Mpa，取345Mpa，L用AutoCAD计算图3.1周长，得落料近似周长为602mm，冲孔周长近似周长为226mm（2）冲孔力：F冲=1.3×226×2×345N＝202722N＝202.722KN（3）卸料力：F卸＝K3F落＝0.05×539.725KN≈26.98KN其中K3取0.05。（4）推件力:F推＝nK1F冲＝2×0.055×202.722KN≈22.3KN其中K1取0.055，n取2。（5）总压力:F总＝F落＋F冲＋F卸＋F推＝（539.725＋202.722＋26.98＋22.3）KN＝792.7KN3.3.2压力机的选择冲压中常用的冲压设备分为开式和闭式曲柄压力机。选择压力机时主要考虑下述因素：（1）压力机的类型和工作方式是否适用于应完成的工序；（2）压力机是否符合安全生产和环保的要求；（3）压力机的公式称压力是否满足应完成冲压的需要；（4）压力机的装模高度、工作台面尺寸等是否适合所用的模具；（5）压力机的行程次数是否满足生产率的要求等；45 （6）、压力机滑块行程长度应保证毛坯顺利放入，冲件能顺利取出，成形拉深件和弯曲件应大于制件高度的2.5-3倍。根据上述冲压力计算，总压力为792.7KN，选择型号为JD21-100开式双柱固定台压力机能满足使用要求，其技术规格见表3-1。表3-1JD21-100开式双柱固定台压力机技术规格规格数值规格数值公称压力/kN1000工作台尺寸/mm前后600滑块行程/mm可调（10～120）左右1000滑块行程次数/(次/min)75工作孔尺寸/mm前后300最大封闭高度/mm400左右420封闭高度调节量/mm85垫板尺寸/mm厚度100滑块中心线至床身距离/mm325直径200立柱距离/mm480模柄孔尺寸/mm直径60滑块底面尺寸/mm前后380深度80左右5003.4模具压力中心的确定模柄的压力中心、模具的压力中心、滑块的压力中心三者尽可能重合。从而保证冲裁质量，提高模具和压力机的使用寿命。对于复杂零件及多个凸模模具压力中心的确定可采用解析法。原理是各分力对某轴的力矩的代数和=诸力的合力对该轴的力矩。计算方法是按比例画出冲裁轮廓线或每个凸模刃口轮廓的位置，选定坐标轴x、y；把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分的长度L1，L2，．．Ln或分别计算每一个凸模刃口轮廓的周长。计算公式如下：X0=(L1X1＋L2X2＋…＋LnXn)/(L1＋L2＋…＋Ln)；Y0=(L1Y1＋L2Y2＋…＋LnYn)/(L1＋L2＋…＋Ln)。式中X0，Y0为模具压力中心的坐标值，X0，Y0为mm；Ln——各部分周长，Ln为mm；Xn,Yn——各部分重心坐标值，Xn,Yn为mm。如图3-4建立x-y坐标系，该零件关于x轴对称，其压力中心一定在对称中心线上，即X轴上，可得Y=0。其外轮廓的压力中心位于其几何中心上，X1坐标为120.5mm；2个φ3.17的X2轴坐标为69mm，另外2个φ3.17的X3轴坐标为163.5mm,不规则的小凸模的X4坐标为132mm，不规则的大凸模的X5坐标为155.5mm。用autoCAD计算各部分周长，L1=602mm，L2=9.95mm，L3=9.95mm，L4=56.24mm，L5=129.94m。X0=(L1X1＋L2X2＋L3X3＋L4X4＋LnXn)/(L1＋L2＋L3＋L4＋L5)45 X0=（120.5×602＋2×9.95×69＋2×9.95×163.5＋2×56.24×132＋129.24×155.5）÷(602＋4×9.95＋56.24＋129.94)mm≈126.5mm即该零件的压力中心位于（126.5,0），如图3-3所示。图3-3模具压力中心图3.5凸、凹模刃口尺寸计算　　3.5.1冲裁间隙的确定　　凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命有很大的影响。　　（１）间隙对冲裁件质量的影响：合理的间隙凸、凹模刃口尖端的连线与最大剪应力方向重合时，断面虽有斜度，但较平直、光洁、冲裁力小；间隙偏大时：切断面的圆角带增大，光亮带减小，毛刺大而厚，斜度增大，冲裁力增大；间隙偏小时：切断面的圆角带减小，光亮带增大，毛刺小而硬，但斜度小，冲裁力大，模具容易磨损。　　（２）间隙对冲裁件尺寸精度的影响：间隙偏大时:材料在拉伸状态下分离，弹性恢复会使落料件的外形尺寸小于凹模刃口尺寸，使冲孔件的尺寸大于凸模刃口尺寸；间隙偏小时：材料在挤压的状态下分离，弹性恢复会使落料件的外形尺寸大于凹模刃口尺寸，使冲孔件的尺寸小于凸模刃口的尺寸。　　（３）间隙对冲裁力的影响：间隙偏大时：材料在拉伸状态下分离，裂纹更容易产生，冲裁力小；间隙偏小时：在挤压状态下分离，裂纹推迟产生，冲裁力大。（４）间隙对模具寿命的影响：间隙偏小时：因冲裁力大，散热条件差，挤压状态下工作，磨损快，所以模具寿命短；间隙偏大时：因冲裁力小，散热条件好，拉伸状态下工作，磨损小，寿命长。材料是Q235A，料厚2mm45 由文献【1】表2-4得，取双面间隙为：Zmax=0.360mm,Zmin=0.246mm，Zmax-Zmin=0.360mm-0.246mm=0.114mm。3.5.2落料凹模刃口尺寸计算对落料凹模尺寸计算，采用凸、凹模配和加工的方法来计算。因为是落料，所以计算尺寸时以凹模为基准件计算。凹模磨损后，凹模刃口尺寸都增加，都属于A类尺寸。AJ=（Amax-xΔ）+δ0式中AJ——基础件尺寸，AJ为mm；Amax——相应的工件极限尺寸，Amax为mm；Δ——工件公差，Δ为mm；δ——基础件制造偏差，δ为mm。由文献【2】表6.3-1，得工件公差Δ。由文献【2】表2-7，取所有x=0.5基准件制造偏差取δ=Δ/4。计算结果见表3-2。表3-2落料刃口尺寸计算表基本尺寸公差基准件制造偏差公式结果2411.150mmδ=0.375mmAJ=（Amax-xΔ）+δ0240.43+0.3750720.740mmδ=0.185mmAJ=（Amax-xΔ）+δ071.96+0.1850R50.300mmδ=0.075mmAJ=（Amax-xΔ）+δ0R4.85+0.0750该落料凸模各部分尺寸按上述所计算凹模刃口尺寸配作，必须保证双面间隙Zmin～Zmax＝0.246mm～0.360mm。3.5.3冲孔凸模刃口尺寸计算（1）对于小圆冲孔凸模，是圆形形状，采用凸、凹模分开加工的方法来计算。由文献【1】表2-6，得凸模和凹模的制造公差：δp，δd。由文献【1】表6.3-1，得工件公差Δ。由文献【1】表2-7，取x=0.5。校核：所有δp，δd满足δp+δd≤Zmax-Zmin。计算结果表3-3。45 表3-3小圆凸模刃口尺寸计算表基本尺寸公差凸模和凹模制造公差公式结果Φ3.170.300mmδp=0.020mmδd=0.020mmdp=（d+xΔ）0-δp3.320-0.020dd=（dp+Zmin）+δd03.57+0.0200(2)对冲工件上的不规则的大凸模和小凸模，采用凸、凹模配和加工的方法来计算。冲孔时计算尺寸时以凸模为基准件计算。凸模磨损后，冲孔凸模刃口尺寸都减小，都属于B类尺寸。BJ=（Bmin+xΔ）0–δ式中BJ——基础件尺寸，BJ为mm；Bmin——相应的工件极限尺寸，Bmin为mm；Δ——工件公差，Δ为mm；δ——基础件制造偏差，δ为mm。基准件制造偏差取δ=Δ/4。经计算得出表3-4。表3-4小凸模和大凸模刃口尺寸计算表基本尺寸公差基准件制造偏差公式结果Φ18.10.520mmδ=0.130mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ18.360-0.1307.50.360mmδ=0.090mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ7.680-0.090350.620mmδ=0.155mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ35.310-0.155300.520mmδ=0.130mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ30.260-0.130240.520mmδ=0.130mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ24.260-0.1309.50.360mmδ=0.090mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δ9.680-0.090R18.50.520mmδ=0.130mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δR18.76045 -0.130R60.300mmδ=0.075mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δR6.150-0.075R50.300mmδ=0.075mmBJ=（Bmin+xΔ）0-δR5.150-0.075该两个冲孔凹模各部分刃口尺寸按上述凸模刃口尺寸配作，必须保证双面间隙Zmin～Zmax＝0.246mm～0.36mm。第4章模具零部件设计4.1落料凹模设计凹模刃口有锥形刃口和直刃口之分。但由于是倒装复合模，必须设置推件块，所以凹模采用直刃口结构。根据经验取直刃口高度为15mm。冲压时，凹模受力状态比较复杂，目前还不能用理论方法计算。实际生产中，凹模尺寸常用下列经验公式确定：凹模高度H=Kb（但h不应小于15mm），凹模壁厚C=（1.5～2）H。式中b——凹模刃口尺寸的最大尺寸（mm），b为241mm；C——凹模壁厚，系刃口至外形边缘的距离（mm）；K——系数，K取0.15。凹模高度：H=Kb=（0.15×241）mm=36.15mm凹模壁厚:C=(1.5～2)H=(1.7×36.15)mm=61.46mm所以凹模的总长：L=(241+2×61.46)mm=363.91mm凹模的总宽：B=（72+2×61.46）mm=194.92mm尽量使凹模整体尺寸标准化，方便模具设计和制造。凹模整体尺寸取400mm×250mm×36mm。45 确定凹模板上紧固螺钉、销钉的数量布局。根据凹模板大小，由文献【2】表5.1-4得：8×M12螺钉和2×φ12销钉，就可以满足凹模板和其他零件的连接要求了，其三维图如图4-1所示，具体尺寸见图4-2所示。凹模材料的选用要考虑到冲压件材料；考虑生产批量；考虑凸、凹模的尺寸精度及几何形状的复杂度。选择材料为Cr12Mov，热处理硬度（60～64）HRC。图4-1凹模三维图45 图4-2凹模零件图4.2凸模设计从工件图可以看出，有小圆凸模、不规则的小凸模和大凸模三种凸模。前两种采用台阶型凸模,依靠台肩固定在凸模固定内。φ3.12由于直径太小，采用四个台阶，其三维图如图4-3所示。不规则的小凸模采用三个台阶，其三维图如图4-4所示。不规则的大凸模形状太复杂，采用线切割加工，凸模上有螺钉的紧固位置，固定在凸模垫板，其三维图如图4-5所示。具体尺寸见零件图4-6,图4-7,图4-8。凸模材料与凹模材料为Cr12Mov，但为了延长凹模使用寿命，热处理硬度（58～62）HRC。凸模长度为:L凸=H1+H2=28mm+36mm=64mm式中H1为凸模固定板厚度，由下文4.4.1确定为28mm；H2为凹模厚度，由上文4.1.1确定为36mm。图4-3小圆凸模三维图图4.4小凸模三维图45 图4-5大凸模三维图图4-6小圆凸模零件图45 图4-7小凸模零件图45 图4-8大凸模零件图45 4.3凸凹模设计该模具是倒装复合模，凸凹模形状比较复杂，比较难加工处理，所以用线切割制造。凸凹模上有四个M10螺钉紧固位置，直接固定在凸凹模垫板。凸凹模三维图见4-9，具体尺寸见零件图。图4-9凸凹模三维图4.4固定零件设计4.4.1凸模固定板凸模固定板外形的长和宽度和凹模一样，螺钉孔和销位置也与凹模上的孔位置一样。凸凹模固定板厚度取凹模厚度的80%，即取凸模固定板厚度为28mm。选择材料为Q235，无需热处理。凸模固定板三维图如图4-10，具体尺寸见零件图。图4-10凸模固定板三维图4.4.2凸模垫板45 倒装复合模在冲裁时，五个凸模和凸凹模要承受很大的冲裁力。这些冲裁力通过凸模的固定端和凸凹模的固定端分别传递到上下模座。如果作用在上下模座上的冲裁力大于其各自许用应力时，就会在模板上压出凹陷，从而影响凸模和凸凹模的正确位置。为避免这种情况的发生，在上模座和凸模固定板、下模座之和凸凹模固定板间加装一块淬硬的垫板。凸模固定板外形的长和宽度和凹模一样，螺钉孔和销位置也与凹模上的孔位置一样。考虑到垫板不仅要承受凸模的冲击力，垫板还可以调节模具闭合高度，使闭合高度符合压力机装模要求，取凸模垫板厚度为28mm。选择材料为45钢，热处理硬度（43～48）HRC。凸模垫板三维图如图4-11，具体尺寸见零件图图4-11凸模垫板三维图4.4.3凸凹模固定板凸模固定板外形的长和宽度和凹模一样，螺钉孔和销位置也与凹模上的孔位置一样。凸凹模固定板的厚度、材料、与凸模固定板一样，无需热处理。4.4.4凸凹模垫板凸凹模垫板外形的长和宽度和凹模一样，螺钉孔和销位置也与凹模上的孔位置一样。凸凹模垫板的厚度、材料、热处理硬度与凸模垫板一样。4.5卸料零件设计4.5.1卸料板的设计卸料板的外形的长和宽度和凹模一样，取卸料板厚为20mm。45 卸料板材料选用45钢制造，热处理硬度（43～48）HRC。选用四个卸料螺钉，直径为12mm，长度为100mm。卸料板三维图如图4-12，具体尺寸见零件图。图4-12卸料板三维图4.5.2卸料橡胶的尺寸计算聚氨酯弹性体是一种优良的弹性材料，其特点是弹性大、耐磨、硬度高、强度高。（1）卸料力。由前述技术得：F卸=26980N（2）确定橡胶的自由高度H0H0=(3.5～4)H工H工=H工作+H修=t+1+（5～10）=10mm由以上两个公式，取H0=40mm。（3）确定卸料橡胶的横截面积AA=F/P式中F—橡胶板工作压力，F为N；A—橡胶板横截面积，A为mm2；P—单位压力，与橡胶板压缩量、形状有关，一般取2～3Mpa。A=26980/2mm2=13490mm2根据计算的横截面积，在卸料板下布置一条160mm×100mm×40mm长条形聚氨酯橡胶块，总承压面积为16000mm2，满足卸料力要求。为了卸料力均匀，橡胶板应布置在凸凹模的周边，可以将橡胶板分割成四块装入模具中，其橡胶的装模高度约为0.85×40mm=34mm。4.6模架及其他设计45 其他零件尺寸设计如下所示：模柄：φ60×93mm；上模座尺寸规格：400mm×250mm×55mm；凸模垫板尺寸规格：400mm×250mm×28mm；凸模固定板尺寸规格：400mm×250mm×28mm；凹模尺寸规格：400mm×250mm×36mm；凸凹模尺寸规格：400mm×250mm×81mm；卸料板尺寸规格：400mm×250mm×20mm；凸凹模固定板尺寸规格：400mm×250mm×28mm；凸凹模垫板尺寸规格：400mm×250mm×28mm；下模座尺寸规格：400mm×250mm×70mm；导柱45mm×300mm，如图4-13所示；导套60mm×140mm，如图4-14所示；模具闭合高度：H=(55+28+28+36+81+28+70)mm=326mm。图4-13导柱零件图45 图4-14导套零件图4.7模具闭合高度校核模具最小闭合高度Hmin=Hmax-闭合高度调节量=400mm-85mm=315mm。模具闭合高度H=326mm。因为：Hmin+10mm≤H≤Hmax-5mm，所以：满足使用要求，所选压力机合适。第5章模具装配图模具装配图如图5-1所示。45 图5-1模具装配图1.下模座；2、6、18、24、25螺钉；3.导柱；4、17、销钉；5.凸凹模垫板；7.凸凹模固定板；8.卸料橡胶；9凸凹模；10.卸料板；11.活动导料销；12.导套；13.凹模板；14.凸模固定板；15.凸模垫板；16.上模座；19.推板；20、23、26凸模；21.模柄；22.打料杆；27.推杆；28.推件块；29.卸料螺钉致谢45 大学四年的学习时光即将结束，经过几个月的努力学习和工作，我的毕业设计也按时完成了。从拿到毕业设计题目的束手无策，到成型方案的确定，再到尺寸计算和结构的确定，最后图纸和说明书的完成。在此期间，让我认识到无论做什么事一定要有恒心，要用心去做，就像刚开始的时候没设计过冲压模具，不知道如何下手，但随着一点点的开始，通过查阅资料和指导老师的帮助，慢慢结合以前学的专业知识，使自己的设计一步步完善起来，虽然每次找老师后都会改很多，但每次的改进也让我收获颇多。本次毕业设计让我系统地巩固了大学四年的学习课程，通过毕业设计使我了解到模具实际设计和加工。本次设计涉及的知识很多，涉及到工程制图、冲压工艺学、模具制造工艺、成型设备、金属学与热处理、CAD绘图等相关课程的知识。在校期间的我还进行了金工实习、和两次课程设计。这些课程的学习以及课程设计的实践为这次毕业设计打下了良好的基础。本次毕业设计是在老师的关心和悉心指导下完成的。在设计过程中老师的渊博知识以及平和的人生态度是值得我学习的，是我以后工作和学习的楷模。在此，我衷心的感谢所有教过我课的老师，谢谢他们的指点。这次毕业设计能够顺利完成，离不开班级同学们的热心帮助，更离不开老师对我的我耐心指导和大力支持，借此向他们表示衷心的感谢。。参考文献[1].肖景容.冲压工艺学[M].北京：机械工业出版社，2013.45 [2].伍先明.冲压模具设计指导[M].北京：国防工业出版社，2011.[3].王立人.冲压模设计指导[M].北京：北京理工出版社，2009.[4].魏斯亮.互换性与技术测量[M].北京：北京理工大学出版社，2007.[5].周良德.现代工程图学[M].长沙：湖南科学出版社，2009.[6].黄毅宏.模具制造工艺[M].北京：机械工业出版社，2014.[7].张如华.冲压工艺与模具设计[M].北京：清华大学出版社，2006.[8].夏巨谌.中国模具设计大典[M].南昌：江西科学技术出版社,，2003.[9].郑家贤.冲压工艺与模具设计实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.[10].郑展.冲模设计技术与禁忌[M].北京：化学工业出版社，2014.[11].金龙建.冲压模具设计及实例详解[M].北京：化学工业出版社，2014.[12].靖永慧.浅析现在模具制造行业发展[J].模具技术，2001，05期：1-4.[13]全国模具标准化技术委员会.JB/T8050-2008.中国标准书号[S].北京:中国标准出版社，2008.附录原文：45 ARecongurableStampingDieandItsStampingProcessAbstract:Areconfigurableflexiblepolesdiewasdeveloped.Thediecanbeusedtoimplementtheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet”.Sheetmetalisrestrictedbytheelasticpressingforcesputtingontheupperandlowersurfacesofsheetinstampingprocess.Themethodisaneffectivewaytoenhancethebucklingcriticalstressesandreducewrinklingofsheet.Theresultsoftestsindicatethatthediecanachieve“onediebringsmulti-purpose”andsuppressthewrinkleofsheet.Theprocessofthemulti-pointpressingandformingsheetprovidesapracticalandeffectivewayforthecurvedsheetmetalforming.Keywords:stampingprocess,wrinkle,recongurable,die1.IntroductionWrinklingofsheetmetalseriouslyinfuencestheformingqualityandthelifeofdie.Itmaymaketheformingprocessunabletocarryon.Soeffectivelysup-pressingwrinkleseemstobehighlyimportant.Inrecentyears,inordertomeetthedemandoflightandtoughsheetmetal,thinsheetmetalpartsarewidelyappliedinvariousfields.ThestudyofWrinklingbecomesoneofthehottestresearchtopics.Sincethenearcentury,manyscholarshavebroughtmassivestudiesanddiscussionsintotheinstabilityofsheet.Theseresearchescoveredfromtheexperimentalstudyandthetheoreticalanalysistothenumericalsimulation,fromthesheetdrawingandthebendformingtothehydroforming,fromthewrinkleforecasttothebucklingcontrolandsoon.Recently,numericalsimulationofaformingprocessisappliedtostudyonwrinkle.Dependingonthemodernadvancedresearchmethods,numericalsimulationbasedonthefiniteelementmethodhasbecomethemaintoolofstudywrinklingindecades.However,majoritystudiesencirclewrinklingbifurcationofsheetmetalandthesituationsofwrinklingatthepresenttime.Butthesecannotbringanyfeasiblemethodforcontrollingthewrinklesinstamping.Currently,therepresentativeresearchandapplicationofthereconfigurabledietechnologyisthemultipointformingtechnology.Thebasicprincipleisusingaseriesofregularandadjustablethebasicbodies(poles)toconstructthestructureofadie.Thus,thereconstructionofdiecanbeachieved,butthewrinklinginthesheetmetalhasnotbeensuppressed.Thepaperemphasizeshowtocontrolwrinkleofsheetforming.Mainideasinthepaperaretwo:Oneideaistoimprovethesupportingconditionofsheetmetalandincreaseitsbucklingcriticalstresses.Thus,“themulti-pointpressingandformingsheet"techniquewillbeproposed.Anotherideaistoexploreareconfigurablediewhichiscombiningthetechniqueof“themulti-pointpressingandformingsheet".2.PolesFlexibleDieInordertoreducethewrinklingofsheet,amethodofusingelasticpressingforcesputting45 onsurfacesofsheetinstampingprocesswaspresented,itcanimprovethestabilityofsheetmetal.Anewrecon¯gurablediewasdeveloped.Thediehashigheffciencyinreconfigurationsothatitcanachievemulti-purposeuse.Simultaneouslythediecanbecarriedouttheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet".Curvedsheetmetalpartsareusedinmanyproductssuchasaerospaceproducts,militaryproducts,shipsandengineeringmachines,thebatchofpartsissmall.Differentshaperequiresdifferentdieforformingsheetmetal.Itleadstohighcostandlongcycle.Tomeetthissituation,thereconfigurablestampingdiehasbeenexplored.Thediecanbeappliedtoformingavarietyofsheetpartsbyreconfiguring.Thenoveldieisnamedas“polesfiexibledie".Polesfiexibledieisakindofreconfigurablestampingdie.Figure1showsthestructure.Thedieiscombinedwithsomediscreteadjustablepoleswhichareassembledinanarray.Thelengthofpolecanbeadjusted.Afteranalyzing3Dmodel"sdataofsheetpart,thelengthofeachpolecanbeadjustedaccurately.1—Frame,2—Screwrod,3—Adjustablesleeve,4—Baffle5—Jointer,6—Punchhead,7—Blank-holder,8—SheetmetalFig.1ThestructureofpolesflexiblediePunchheadlocatedintheendofpolecanbereplacedwithrelevantshapehead.Allheadsareconstitutedthesurfaceofdiesothatitisconformedtotheshapeofsheetpart.Thedieiscomposedwithflexiblepoles.Inordertorealizethemulti-pointpressingandformingsheetprocess,theadjustablepoleisdesignedasaflexiblepolewiththefunctionof“pressingsheet”and“formingsheet”.Figure2showstheschemeoftheflexiblepole.45 A–AB–B1—Steppingmotor,2—Frame,3—Screwrod,4—Pressurespring,5—Adjustablenut,6—Adjustablesleeve,7—Punchhead,8—PressingdistanceFig.2TheschematicoftheflexiblepoleItcanbeseenfromFig.2thatpositionofsleeveisrestrictedbytheadjustablenutinflexiblepole.Rotatingscrewrodcancontrolthepositionofsleeve.Sleeveistightlyheldtheadjustednutundertheeffortofpressurespring.Figure3showsthematerializationoftheflexiblepole.1—Screwrod,2—Pressurespring,3—Adjustablenut,4—Pressing-distanceslot,5—Adjustablesleeve,6—PunchingheadFig.3TheflexiblepoleIntheprocessofsheetmetalforming,thecorrespondingflexiblepolesoftheupperandlowerdiesfirstlyproceedto“presssheet”bythepressurespring.Withthedescendingoftheupperdie,punchingheadsandsleevesareretractedinward.Pressingforceofpunchingheadisgraduallyincreasedundertheeffortofspring.Afterallpunchingheadsandsleevesareretractedadefinitedistance(pressingdistance),theadjustednutswillresistsleevesandlocatethesleeves.Consequently,theheadsandsleevescannotretractinwardandallpunchingheadswillbecombinedtoformthediesurface,sothatasheetmetalcanbeforcedtoforming.Thelengthofpressing-distanceslothasvarioussizes.Thelongpressing-distanceslotmaybeusedforconstructingtheblank-holder.Pressingforceonsheetmetalisproducedbypressurespringinsidedie.Changingthecorrespondingcoefficientofelasticityofspringcangeneratedesiredpressingforce.Pressingforceonsheetmetalisfarsmallerthanformingforce,andthepressingforceappliedonasheetmetalisfrom50to600N.Figure4showstheupperdiefixedontheupperworktableofthepressmachine.Thesurfaceofthedieissphericalfacecomposedbysomepunchingheadsofpoles.Polesintheperipheryofdieareblankholderpoles.45 1—Blank-holder,2—SurfaceofdieFig.4Theupperdiewithsphericalsurface3.TheStampingProcessoftheMultipointPressingandFormingSheetPolesflexiblediecanberealizedthestampingprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet”.ThestampingprocesswithdiscreteflexiblepolescanbeseeninFig.5.Itmustbegonethroughfourstepsthatare“holdingblank”,“pressingsheet”,“pressingandformingsheet”and“shapingsheet”.Atthefirststageoftheforming,blankholdersofthedieachieve“holdingblank”asshowninFig.5(a).Thenbothupperandlowerpunchingheadsofdiesarepressingsheet,andtheprocessiscalled“multi-pointpressingsheet”,asshowninFig.5(b).Intheprocessofstamping,somesleevesreachthedesignatedpointfirstlyandothersleevesandpunchingheadsarepressingsheetsurfaces,asshowninFig.5(c).Finally,allsleevesandpunchingheadsofpolesreachthedesignatedpoint,surfacesofpunchingheadsarecombinedthesurfaceofdie,thesheetmetalisshapedbythedie,asshowninFig.5(d).Duringtheprocess,thesheetmetalisalwaysconfinedbypunchingheads.Intheprocessofformingsheetmetal,polesflexiblediecomposedby“flexiblepoles”proceedsto“pressingsheet”and“formingsheet”atthesametime.Theprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet”canpreventbucklingandwrinklingofsheet.Inthestampingprocesstheforceofpressingsheetisfarsmallerthantheforceofformingsheet,andtheforceofpressingsheetisproducedbyspringsandtheforceofformingsheetisproducedbypressmachine.Experimentresultsindicatethatpolesflexiblediehasgoodformingcharacteristicsandcansuppresswrinkleofsheet.Theupperandlowersurfacesofsheetmetalintheformingprocessarepressedbyelasticpoles,inordertoimprovethestabilityofsheetmetal.ItcanbeseenfromFig.6(a)thatsheetmetalispressedbyloadsPx,theelasticpressingforcesFearelocatedintheupperandlowersurfacesofsheetmetal.Pressingforcesareproducedbyspringsinflexiblepoles.Theupperelasticpressingforceequalstothelowercorrespondingforceandtheconditionofsheetmetalmaintainsplane,asshowninFig.6(a).45 1—Coupledpole,2—Blank,3—Blank-holder,4—VariantheadsFig.5Thestampingprocessesofthemulti-pointpressingandformingsheeKisthecoefficientofelasticityofthespringinsidetheflexiblepole,Listhecompressedlengthofthespring,asshowninFig.6(c).Whensheetmetalisgenerateddeflectionδ,springintheconvexsideofsheetcanbefurthercompressedandelasticforcemadebyspringisincreasing.Springsontheconcavesideofsheetwillrelaxabit.Theelasticpressingforcedifference∆Femadebythetwosidespringscanbeobtainedas∆Fe=2Kδ.WhensheetmetaloccursbendingmadebythepressureloadPxasshowninFig.6(b),itwillproduceforcedifferences∆Fe1,∆Fe2•••atthepressingpoints.ThesepressuredifferencesmayinhibitfurtherbendingofsheetandcansuppresswrinklingofsheetaswellTheupperandlowersurfacesofsheetmetalareappliedloadsFe.Whensheetmetaloccursbuckling,itmustovercometheworkproducedbypressuredifference∆Feofload.TheworkisW=m∆Feδ/2.Theremisthenumberofpressingpoints,δismaximumvalueofdeflectionafterbucklingandδ/2istheaveragedeflectionofmpressingpointsapproximately.Whenthesurfacesofsheetaren’tappliedwithpressureforcesFe,thesheetmetalispressed45 withface-parallelloadPxCriticalcompressivestressiscalculatedwithenergyapproach,theformulaofbucklingcriticalstressesσcrofsheetWhenthesurfacesofsheetareappliedwithpressureforcesFe,thebucklingcriticalstressσcrqcanbegot.accordingto∆Fe=2Kδwheredisthethesheetmetalthickness,ETisthetangentmodulus,µisPoisson’sratio.ItisnotedfromEqs.(1)and(2)thatσcrqisgreaterthanσcrobviously.ComparingEq.(1)withEq.(2),itcanbediscoveredfromEq.(2)thatthebucklingcriticalstressofsheetmetalincreasesalongwiththeincreasingofelasticcoefficientofsprings.Increasingtheelasticcoefficientofspringswillleadtoenlargethepressuredifference∆Feandimprovethebucklingcriticalstress.Itindicatesthattheelasticpressingforceappliedtothesurfacesofsheetcanimprovethebucklingcriticalstressesofsheetmetal.Theprocessofthemulti-pointpressingandformingsheetcansuppressbucklingandwrinklingofsheeteffectively.4TestsTheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet”iscarriedoutbythepolesflexibledie.Polesflexiblediehastheabilityofquickreconfiguration.Thediecanbeconstructedbyadjustingthelengthofpolesandchoosingsleevesandfittingthesuitablespringinpolesandchangingcorrespondingheads.Polesflexiblediehasmanyadvantagestosurpasstraditionaldie.Itcaneffectivelysuppresswrinkleofsheet,alsoitcanbringnewmethodintothesheetmetalforming.Followingexperimentswillshowthecharacteristicsabouttheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet”.4.1TheFormingofSphericalSheetPartAsphericalsheetmetalpartisatypicalkindofcurvedsheetmetalpart.Ifthesheetmetalpartwasformedbytraditionaldie,wrinklesoftenoccurinthesurroundingareaaswellasblank-holderarea.Acommonwayforsolvingthewrinklesisincreasingtheblank-holderforce.Thewaymaydecreasewrinklesofsheet.However,ifthevalueoftheblank-holderforceistoolarge,crackingmayoccurinsheetmetal.Howtocontrolwrinkleofsheetisthekeyoftheexperiment.45 SimulationoftheformingprocessisperformedwiththesoftwareDYNA-form.ItisshownfromFig.7thatthematerialispronetowrinklealongthesectionM-N.Inthecourseofreconfiguration,the3Dmodelofsheetpartshouldbeanalyzed,theextensionelongationofeachpoleandtheshapeofeachpunchingheadarecalculatedfirstly.Subsequently,itistoadjustthepositionoftheadjustablenutsandtochangethepunchingheads,andtoconstructthesurfaceofthedie.Nextstepistoconstitutetheblank-holderstructureofthedie.Somesurroundingpolesofdieareusedforblank-holder.Thesheetmetalpartwiththesphericalshapehasitssphericalradiusof150mm.Headsinthepolesarecustomized.Theupperdieisinstalledintheuppertableofthepressmachine,asshowninFig.4.Thelowerdieisinstalledinthelowertable.Intheprocessofformingsheet,theblanksheetisplacedontheworkingfaceoflowerdie,andthentheupperdiemovesdown.Finallytheupperandlowerdiesarematchedtofinishtheformingofsheetmetal.TheshapedsheetmetalpartisshowninFig.8.Nowrinkleexistsinthesheet.Thisisduetotheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet".ThematerialofthesheetisAISI1020,ofelasticmodulusE=2.06GPa,ofyieldstrength0.35GPa.Whenthesurfacesofsheetaren’tappliedwithpressureforces,accordingtoEq.(1)，undertheconditionofthesheetmetalwithoutpressingforce,thecriticalstressesσcrcanbeobtained.There,a,b=80mm,d=1mm,ET≈0.3E.Duringtheformingofthesphericalsheetmetal,thesheetcanbeconfinedbyeachflexiblepole.Thesurfacesofsheetareappliedwithpressureforces,accordingtoEq.(2),thecritical45 stressesofsheetmetalwithpressingforcecanbegot.ComparingEq.(3)withEq.(4),itiseasytoknowthatthevalueofbucklingcriticalstressσcrqisobviouslybiggerthanσcrundertheconditionofnopressingforcesonsheetmetal.Thesheetmetalcannotbepronetowrinklewithsettingbiggercoefficientofelasticityofspringinsidepoles.Elasticpressingforcesputtingonsurfacesofsheetcanincreasethebucklingcriticalstressanddecreasewrinkleofthesheet.4.2TheFormingofHemisphericalSheetPartHemisphericalsheetmetalpartisanunsymmetricalsheet,asshowninFig.9.Theopeningcurvedfaceisinconvenienttosetblank-holder.Intheformingofthesheetmetal,itispronetowrinkleintheunsupportedareabecausethesheetmetalisappliedimbalancestampingforce.Inordertoensurethetrouble-freeforming,itisnecessarytoincreasethepressingforceontothesheetsoastopreventwrinkleofsheet.Bydischargingahalfofpolesofsphericalstampingdie,itcanbeusedtoformthehemisphericalsheetmetalpart.Now,itcanbeobservedconvenientlyaboutthestepsofthestampingprocess.ThestepscanbeseenfromFig.10.Figure10(c)showsthestepofpressingsheetandformingsheet.Figure11showsthehemisphericalsheetwiththethicknessof1.8mm.45 4.3FormingofSaddleSheetPartAsshowninFig.12,saddlesheetmetalisakindofcurvedsheetmetalpartwithdoublecurvature.Ifthesheetisformeddirectly,wrinkleisoftenoccurred.Theblank-holderisconstructeduneasilybecausetheperipheralboundarylinesofsaddlesheetpartaredistributedinthedifferentaltitude.Currently,itisalmostimpossibletoformsaddlesheetmetalbydirectlyusingtheconventionalstampingdie.Thepolesflexiblediecanbeusedtoformthesheetmetalpartdirectlywiththemulti-pointpressingandformingsheet.Figure13showsthefiexiblediewhichisfinishedbyreconstructing.Duringtheformingsheettheperipheralpolesareretractedcorrespondingdimensionmorethanotherpoles.Whentheupperandlowerdiesarematched,surfacesofperipheralpolesandthatofmiddlepolesarecombinedacontinuousformingsurface.Thenthesheetisshapedtothesaddlesheetmetaldirectly.Thestructureofblank-holderiscalled“themulti-pointblank-holder".Rapidprototypingandmanufacturingsystemoffuseddepositionmodeling(FDM)canrapidlymanufactureallkindsofpunchingheads.AseriesofpunchingheadscanbeproducedintwoorthreedaysbyusingtheFDMsystem.ThepunchingheadsareinstalledintheendofpolesseparatelyasshowninFig.13.ThematerialofthepunchingheadsmanufacturedbyFDMisacrylonitrilebutadienestyrene(ABS)plastic.Punchingheadscanalsobe45 manufacturedbyrapidprototypingsystemofselectivelasersintering(SLS).Figure14showsthesaddlesheetpartofthick-ness1.0mmwithstainlesssteel.Wrinklingcanbeeliminatedbyusingthismethod.Fig.123Dmodelofthesaddle37Fig.13TheflexiblediewithFig.14ThesaddlesheetmetalSheetmetalblabk-holderattheperipheryformedbythemulti-pointpressingandformingsheettechnology5ConclusionTheexperimentalresultsshowthatpolesfiexiblediehasgoodcapabilityofreconfiguration.Itcanbeusedtoformsheetmetalpartswiththethicknessrangedfrom0.5to6mm.Thediehasobviousadvantagesinmiddle-smallbatchofcurvedsheetmetalforming.Anditachievesmulti-purposeonlybyusingonedie.Simultaneouslythediesolvestheproblemofwrinkleinsheetmetalformingwithcombiningtheprocessof“themulti-pointpressingandformingsheet".Coversheetsarewidelyappliedintheindustryofaviation,aerospace,vehicle,shipandengineeringmachinery.Usually,diesofcoversheetsmayspendhighdevelopingcostandlongmanufacturingcycle.Thereconfigurablediecanreducethemanufacturingcost,shortenmanufacturingtimeandimprovethecompetitivenessofproductsonthemarket.45 译文：一种可重构的冲压模具和冲压工艺摘要:可重构的杆系柔性成形模具的发展。这种模具可以应用在多点成形薄板冲压,在冲压过程中金属板受到施板上、下表面的弹性压力。这是一种有效的提高屈曲临界压力,减少起皱的方法。测试结果表明,该模具可以实现“一模带来多用”和抑制板料的起皱。这种多点冲压成形板的过程提供了一个实用和有效的方式弯曲板料成形方式。关键词:冲压工艺,皱纹,可重构,模具1介绍金属板料起皱严重影响成形质量和模具的生命。它可能使成形过程无法进行。所以有效地抑制皱纹似乎是非常重要的。近年来,为了满足金属板轻和强度的需求,薄板金属零件广泛应用于各个领域。起皱的研究成为最热门的研究主题。近世纪以来,许多学者对板料的不稳定性进行了大量的研究和讨论。这些研究涉及范围从实验研究和理论分析,数值模拟,从薄板拉伸和弯曲成形的液压成形,从皱纹预测到屈曲控制等等。最近,一个成形过程的数值模拟应用于研究皱纹。根据现代先进的研究方法,几十年来基于有限元方法的数值模拟已经成为研究起皱的主要研究工具。然而,目前多数研究只是围绕分叉钣金的起皱和起皱的情况。这些不能对冲压中控制起皱带来任何可行的方法。目前,可重构模具技术研究和应用的代表是多点成形技术。基本的原理是利用一系列的常规和可调的基本体(杆)构建模具的结构。因此,重建模具可以实现,但在板料起皱现象没有被抑制。本文强调如何控制板料的起皱成形。本文主要的两个思想是:一是提高支持条件的金属片和增加其屈曲临界应力。因此,“多点冲压成形板”技术将被提出。另一个是探索一种结合“多点冲压成形板”技术的可重构模具。2杆系柔性成形模具为了减少板料的起皱,一种在冲压过程中利用弹性压力挤压板料表面的方法被提出,这种方法可以提高金属薄板的稳定性。一个新的可重构模具被开发。这种模具重新配置的效率很高,,这样就可以实现多用途使用。同时模具可实现“多点冲压成形板”的应用。弯曲金属板材零件被用在许多产品上,如航空航天产品、军工产品、船舶、工程机械、零件的批量很小。不同的形状需要不同的模具成形金属板。它会导致高成本和长周期。为了满足这种情况,可重构冲压模具被发明。这种模具可通过重构用于形成各种不同板料零件上。这种新奇的模具被命名为“杆系柔性模”。杆柔性模是一种可重构的冲压模具。图1显示了结构。模具结合了聚集在一个组里的离散的可调杆。杆的长度可以调整。在分析板材零件三维模型的数据后,每个杆的长度可以准确调整。位于杆末端的冲头可以根据有关形状冲头更换。所有的冲头构成了模具的表面,以便符合板间的形状。45 模具是由柔性杆组成的。为了实现多点冲压和板料成形过程,可调杆被设计为一个具有“压料”和“形成板料”功能的柔性杆,图2显示了该柔性杆的方案。1框架,2螺旋杆,3调节套筒,4挡板,5连接器,6冲头,7压边圈,8金属板图1.杆系柔性模的结构A–AB–B1.步进电机,2.框架,3.螺旋杆架,4.压力弹簧、5.调整螺母,6.可调节套筒7.冲头,8.冲压距离图2柔性杆的原理图可以从图2中看出,套筒的位置被柔性杆上的可调螺母限制。旋转螺旋杆可以控制套筒的位置。套筒被调整螺母的压力弹簧紧紧地锁住。图3显示了具体的柔性杆。 1．螺旋杆,2.压力弹簧,3.可调节螺母,4.压距离槽,5.可调节套筒,6.冲压头图3柔性杆在金属板料成形过程中,上、下模上相应柔性杆首先被压力弹簧压入“压板”45 。随着上模的下行,冲孔头和套筒向内收缩。在弹簧的作用下冲压头压力逐步增加。当所有冲头和套筒收缩到一定的距离(压距),调节螺母会抵住套筒定位套筒。因此,冲头和套筒不能缩回，所有冲压头将被组合起来以形成模表面,这样一个金属板可以被迫形成。压距槽的长度大小有不同的尺寸。压紧行程槽的长度可用于构建压边。压在金属板的压力是由模具内压力弹簧产生的。改变相应的弹簧弹性系数可以生成所需的压力。压在金属板上的压力远远小于金属薄板成形力，应用于金属板上的压力从50到600N。图4显示了固定在冲压机上工作台的上模。模具的表面是由冲头组成的球形面。模具外围的杆是压边圈杆。1.压边圈，2.模具表面 图4球形表面的上模3.多点冲压和板料成型的冲压过程柔性杆可以实现“多点冲压成形”冲压工艺。离散柔性杆的冲压工艺可以在图5看出。它必须经历四个步骤,是“坯料压紧”、“压板料”、“成形板料”和“塑造板料”。在成形的第一阶段,模具的压边圈实现“压紧坯料”见图5(a)。然后上下模冲头成形板料,这个过程被称为“多点压板”,见图5(b)。在冲压的过程中,首先一些套筒到达指定点然后其他的套筒和冲头压紧薄板表面,如图5(c)。最后,所有的套筒和杆上的冲头到达指定点，冲头面和模具表面结合,金属板受模具挤压成型,如图5所示(d)。在此过程中,板料总是受冲头限制的。在板料成型过程中、杆柔性模由“柔性杆”“冲压薄板”和“形成薄板”组成。这个过程的“模内多点压板与成形”可以防止板料的屈曲和起皱。冲压过程中压板力远小于薄板成形力,压板力是由弹簧产生，成型力是由冲压机产生。实验结果表明,杆柔性模具具有良好的成形特点而且可以抑制板料的起皱。为了提高金属板的稳定性，成形过程中金属板上下表面被柔性杆挤压。从图6(a)可以看出,金属板受负载Px,弹性压力Fe作用于金属板的上、下表面。压力是由柔性杆内弹簧产生的。上面的弹性压力等于下面相应的压力，金属板保持平面,见图6(a)。45 (a)压紧坯料(b)冲压板料(c)冲压成型板料（d）板料成形1耦合杆,2坯料,3压边,4变体头图5.模内多点压板与成形的冲压过程(a)板表面上的压力(b)表面压力差(c)压力弹簧的压力差图6板上弹性压力和屈曲临界应力的关系K是柔性杆内弹簧的弹性系数,L是弹簧压缩长度,见图6(c)。当金属板产生挠曲变形δ,板凸侧内弹簧可以进一步压缩，弹簧的弹性力逐渐增加。料板凹侧的弹簧会放松一点。由两侧弹簧产生的弹性压力差ΔFe可以获得ΔFe=2kδ。当板料受压力载荷Px发生弯曲由见图6(b),在压力点将产生压力差,ΔFe1ΔFe2……。这些压力差可抑制板料的进一步弯曲和抑制起皱。金属板的上下表面受负载Fe,当板料发生屈曲,它必须克服压力差ΔFe产生的功。这个功是W=mΔFeδ/2。这里的m是压力点的数量,δ是弯曲后挠度最大值，δ/2是m个压力点的平均挠度。当板料表面不受压力F、板料受平行载荷Px。临界压力用能量法计算,临界应力σcr的公式:当板料的表面受压力Fe作用,屈曲临界应力σcrq可以得到45 根据ΔFe=2Kδ当d是金属板厚度 ET是切线模量,μ是泊松比。从方程式中可以看出。(1)和(2)中显然σcrq大于σcr。比较式(1)与式(2),它可以在公式(2)里看出板料屈曲临界应力随着弹簧弹性系数的增加而增加。增加弹簧弹性系数将扩大压力差ΔFe.提高屈曲临界应力。它表明,作用于板料表面的弹性压力可以提高板料的屈曲临界应力。多点冲压成形过程可以有效的抑制屈曲和起皱。4测试“多点冲压成形”的过程由杆系柔性模实现。杆柔性模有快速重构的能力。模具可以通过调整杆的长度，选择合适的套筒,在杆上装配合适的弹簧，改变相应的冲头来构建。杆柔性模有许多优点超过传统的模具。它可以有效地抑制板料起皱,也可以带来板料成形的新方法。接下来的实验将显示“多点冲压成形”的特点。4.1球形板件的成形球形金属板件是一种典型的弯曲的板件。如果钣金零件是由传统的模具成形,褶皱通常发生在周围的地区以及压边区域。一个常见的解决起皱的方法是增加压边力。这个方法可以减少板料起皱。然而,如果该值的压边力太大,金属板可能产生开裂[12]。如何控制板料的起皱是实验的关键。用DYNA-form软件可以模拟成形过程。从图7可看出:材料沿着M-N部分容易起皱。图7板料成形的应力状态在重构的过程中,板件的三维模型可以被分析,扩展延伸的每个杆和每个冲压头的形状首先被计算出。随后,调整可调螺母的位置，改变冲头的形状,构建模具表面。下一步是构建模具的压边结构。模具周边的一些杆用于压边。板件的球形部分球面半径为150毫米。杆上的冲头是定制的。上模安装在冲压机的上工作台上，如图4.下模安装在下工作台上。在板料成形的过程中，板料的压边部分被固定在下模面上，然后上模下行，最后上下模闭合，完成板料的成形。图8是成形的板件，没有起皱存在，这归功于“多点冲压成形”。45 图8球形板件材料AISI1020,弹性模量E=2.06GPa,屈服强度0.35GPa。当板料表面不受压力时,根据公式(1)板料不受压力的情况下,临界压力σcr可以得到。这里,a,b=80mm,d=1mm,ET≈0.3E。在形成球形板件时,板可以被每个柔性杆限制。板料表面受压,根据公式(2),板料的临界应力和压力可以得到。对比公式（3）公式（4），很容易看出，在板料没有受压的情况下临界屈曲压力σcrq明显大于σcr，杆中弹簧在采用更大弹性系数时板料不易起皱，作用在板料表面上的弹性压力可以增大临界屈曲压力，从而减少板料的起皱。4.2半球形板料的成形半球形金属板件是非对称的,如图9。开幕式曲面不方便设置压边。在板料成形时,在不受支撑的区域容易起皱,因为金属板受到不平衡冲压力。为了确保无故障成形,因此有必要增加板上压力,防止板料起皱。图9半球形板件的3D模型通过撤掉球形冲压模具的一半杆,它可以用来成形半球形板件。现在,可以方便地观察到有关冲压工艺的步骤。从图10可以看到这个步骤。图10(c)显示了冲压和成形板料的步骤。图11显示了半球形板的厚度为1.8mm。45 图10多点冲压成形的步骤图11半球形金属板件4.3马鞍板件的成形如图12,马鞍金属板是一种双曲面弯曲的板件。如果单是直接成形,起皱是经常发的。压边不易构造，因为马鞍板件外围边界分布在不同的高度。目前,通过直接使用传统的冲压模具成形马鞍板件是几乎不可能。杆系柔性模的多点冲压成形过程可以用来直接成形马鞍板件。图13显示了重构的柔性模。在成形板的过程中，外围杆就被收回相应的尺寸，超过其他的杆。当上、下模闭合,外围杆和中间杆的表面结合为连续成形表面。然后板料直接被成形为马鞍板件。压边的结构被称为“多点压边”。快速原型制造系统的熔融沉积制造(FDM)可迅速制造各种冲压头。一系列的冲压头可以用FDM系统在两三天内产生出。冲头分别安装在杆的末端见图13。由FDM系统生产冲压头的材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)塑料。冲孔头也可以通过快速原型系统的选择性激光烧结(SLS)制造。图14显示了不锈钢马鞍板厚度1.0毫米。使用这种方法可以消除起皱现象。45 图12马鞍金属板3D模型图13柔性模外围压边图14多点冲压成型技术成形5结论实验结果显示杆系柔性模有很好的重构能力，它可以被用来成型0.5mm到6mm厚度的板料。这种模具在中小批量曲面钣金成型中有明显的优势。而且它可以用一个模具实现多用途。同时模具结合“多点冲压成形”技术解决在板料成形过程中起皱的问题。覆盖件被广泛应用于航空，航天，汽车，船舶，工程机械领域。通常，覆盖件模具价格高，制造周期长。可重构模具可以减少制造成本，缩短制造周期，提高产品在市场的竞争力。45'