時間：2022-02-21 15:21:51
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關鍵詞：片齒輪；精沖；工藝分析；模具設計
1沖制片齒輪的技術難點
用板、條、帶、卷料一模成形，直接沖制出各種齒型、不同模數和帶孔或不帶孔、輪輻加厚或減薄的圓形、扇形與特定任意形狀的片齒輪等，其沖壓加工的技術難點如下：
(1)齒型沖切面即齒廓嚙合面質量，往往因材質金相組織結構不良、不到位和模具刃口出現不均勻磨損等因素而使沖件沖切面塌角過大，塌角深度超過25%T；沖切面完好率不足75%，低于Ⅳ級而影響使用；沖切面局部毛刺過大，難以徹底清除；沖切面的整體表面粗糙度值大于RA1.6“m，無后續加工工序時小于RA1.6”m，就無法使用。
(2)料厚t<1mm的小尺寸片齒輪，尤其當t≤0.5mm時，各種精沖方法都難以加工；用高精度普通沖模沖制，沖切面質量，特別是沖切面表面粗糙度值如何減小到符合要求。
(3)小模數片齒輪，如模數m<0.25mm的漸開線片齒輪，其沖裁模齒形沖切刃口，包括凸模與凹模的齒形刃口在沖裁過程中，要承受較大的壓力載荷，容易出現崩刃、壓塌、局部過量磨損……，沖制的工件，齒頂部位塌角大，料厚減薄明顯，而且模數越小減薄越嚴重。在齒頂刃口處過量磨損而失效。也有在齒根圓的位
(4)所有沖制片齒輪的沖模，壽命都很低。多數都置，凸模出現了裂紋。由于齒形模數小，節圓上的齒寬B遠小于零件料厚，沖裁時凸模齒形部位的壓力峰值數倍于凸模的平均壓應力，因而大幅度增加了齒形部位的摩擦力以及由此產生的成倍磨耗，必然導致沖模提前刃磨。
(5)料厚t≥1mm-3mm的薄板片齒輪，多采用各種精沖方法，直接從原材料沖制成品片齒輪零件。由于模數小，節圓齒寬B大多都小于t，多數僅為B≤60%T，甚至40%T或更小。不僅凸模齒形承載壓力大，而且沖出齒形齒頂部位減薄，塌角深達20%T-25%T，軟料更為嚴重。
(6)片齒輪的齒形精度、整體的線性尺寸精度以及齒形外廓與孔，尤其是中心孔的同軸度、輪輻群孔的位置度等，受沖壓工藝、沖模結構型式、沖模制造精度的制約；沖件材料的力學性能對沖切面質量影響較大。采用連續沖裁工藝沖制的帶孔或輪輻厚度與齒形不同需要減薄輪輻或齒形部位的工件，可采用多工位連續沖壓工藝：先在壓形打扁減薄的工位內外兩旁邊切口，容納多余材料及料厚減薄增大的面積，而后才能精沖孔或擴孔、精沖齒形，與只有沖裁工位的連續沖裁模一樣，精準的定位系統是確保工件形位精度的關鍵。齒形與尺寸精度則主要靠提高制模精度保證。
2超薄料片齒輪的沖制
料厚t≤0.5mm的片齒輪，采用V形齒圈強力壓板精沖，即FB精沖有難度，特別是t≤0.3mm時，因標準齒圈的V形齒最小高度hmIN為0.3mm，壓入材料過深會將材料咔斷，故不能實施精沖。其他精沖方法，如對向凹模精沖，也不能精沖t≤0.5mm的零件。這些厚度不大的各種材料的片齒輪，特別是t≤0.5mm-1mm或更薄一些的片齒輪，儀表產品中使用較多。
下文筆者舉例一種與安徽電影機械廠合作，在普通壓力機上推廣應用精沖技術而設計的精沖模結構之一。該模具為電影放映機輸片齒零件在普通壓力機上進行精沖的固定凸模式FB精沖模。該模具有推件滯后結構，能避免因滑塊回程將工件推入廢料腔內而刮壞斷面的缺陷，確保精沖件的斷面質量。
推件滯后機構由硬橡膠圈、球面接頭、調節墊和碟形彈簧組成。當上模上行時，硬橡圈把模柄彈起，碟形彈簧放松，推件塊不動。上模繼續上行，通過杠桿的作用使推件塊動作，推出工件。使用這種機構時需嚴格控制反推加壓行程及對模深度，否則會損壞推件塊或碟形彈簧。該模具采用通用模架，更換模芯，可沖制不同的工件。
對于t≤0.5mm的片齒輪，使用高精度普通全鋼沖模，沖制薄料、超薄料零件，只要制模精度高、沖裁間隙小、沖裁刃口鋒利，也能獲得高質量零件。
精沖件與普通沖裁件相比，沖切面光潔、平整，表面粗糙度值一般為RA0.63!m-0.25∮m；尺寸精度可達IT7-9級。而普通沖裁件沖切面質量隨料厚t增加，波動很大：t=1mm時，其表面粗糙度值為RA3.0-3.2∮m；T≤0.5mm時，可達RA2.5m-2.0m，尺寸精度可達IT9-10級。因此，對于料厚t<1mm的片齒輪零件，尤其t≤0.5mm的片齒輪零件，推薦采用圖5所示高精度固定卸料導板式沖裁?；蜻B續沖裁模沖制片齒輪，可以收到精沖效果，達到IT8-IT9級沖壓精度。3薄板與中厚板片齒輪的沖制
料厚t>1mm-3mm的薄板與t>3mm-4.75mm中厚板片齒輪零件，當投產批量達到大批大量生產的水平，推薦采用FB精沖，即用V形齒圈強力壓板精沖工藝加工。實施FB精沖，采用專用CNC精沖機組，不僅效率高、自動化
程度高、操作安全性高，更主要的是以人為本，勞動強度低，無噪聲與污物對環境污染，精沖在封閉空間進行，外擴散噪聲控制在85dB(A)以下。專用CNC精沖機或成套CNC精沖機組過去一直靠進口，價格高昂，維修技術要求高，配套水、電、空調、壓縮空氣等動力系統及設施投資巨大，專用精沖機與CNC精沖機國內也有幾家生產，售價仍覺偏高。建議外委協作加工。同時，對于尺寸不大的小型精沖件，也可用特殊結構的沖模，在普通壓力機上實施FB精沖。
下圖所示是齒弧板零件在專用CNC精沖機上精沖的沖孔——落料復合沖裁精沖模。該模具采用順裝-結構型式，齒圈壓板件6亦是沖裁凸模件13的導板，雖采用滑動導向導柱模架，但有嵌裝在模座沉孔中的V形齒圈壓板為內嵌式凸模導向，兩者原本同軸度極好，導向也可達到零偏差或接近零偏差導向，精度極高。
4厚板齒輪、凸輪與類似零件的精沖、整修及后續加工
料厚超過t≥4.75mm的片齒輪，如果產量達到成批和大量生產的水平，采用CNC專用精沖機組生產最合算，不僅僅是發展與深化了科學發展觀的理念，堅持以人為本的宗旨，獲得巨大經濟技術效益和良好的社會與環保效益，而且確保沖壓生產安全，消除了多項安全隱患。所以，推廣厚板零件，包括片齒輪、凸輪、棘輪等，用精沖工藝生產，擴大無削加工范圍，使沖壓生產技術得到提升。
目前國內已有內江鍛壓機床廠、徐州特種鍛壓設備廠、武漢華夏精沖公司等企業制造多種規格的精沖機。其性能比世界一流的瑞FEINTOOL公司CNC精沖機有一些差距，但實際使用效果還不錯，其售價也遠低于進口機。用國產精沖機實際精沖，效益也會很好的。對普通沖裁的齒輪、凸輪、棘輪等零件，經過后續整修獲得高的尺寸與形位精度、光潔平整的沖切面。實踐證明，該工藝行之有效。對于厚板高精度片齒輪等零件，不僅可行，而且經濟，特別適合小型零件的多品種生產。
諸如凸輪、多邊形型板、標準孔板、基座等精沖件，厚度雖都較大，一般t≥4.75mm屬于厚板零件，但其外廓形狀簡單，有利于沖裁后整修加工。微間隙整修變形過程有些類似的負間隙整修工藝，用于形狀簡單、材料強度不大的低碳鋼、有色金屬零件加工，效果很好。例如有種模具是采用負間隙修整，凸模、凹模間負間隙為(0.1-0.2)T，凹模刃口帶有小圓角，其圓角半徑取R0.05-R0.1mm。卸料板既起卸料作用又起毛坯的定位作用，故下端面離凹模刃面應小于料厚(約取0.8T)，以保證毛坯定位，又能排屑。排屑需用壓縮空氣吹掉。由于凸模刃口大于凹模刃口，故用兩限位柱，以防凹、凸模的刃口啃傷。整修完畢，工件沒有全部擠入凹模，由下一個工件整修時將它全部推入并推出凹模。
參考文獻
制件基本工序有沖孔、落料、彎曲，按組合程度不同，有單工序、復合模、級進模3種方案。3種方案比較如下:方案1單工序沖壓，由于工件小，工序多，定位難以達到精度，質量難以保證，生產率較低，故不宜采用。方案2復合模沖壓，由于制件小料薄，結構復雜，導致模具裝配較困難，且強度受模具最小壁厚限制，壽命不高，也不宜采用。方案3級進模沖壓，特別適合加工寬度極小的異形件，能夠保證制件精度，工序間自動送料，連續沖壓，生產效率高，操作方便安全。綜上所述，確定采用級進模沖壓具有較高的技術經濟性。對該級進模，設計時應注意以下幾個方面:①工位數的確定。該制件結構復雜，有許多轉角且不對稱，尺寸小，又要保證其形位精度，故宜采用分區沖裁，把外形成型分解在多個工位完成，以減小模具復雜程度，提高整體精度。②空工位的設計原則。級進模中增設空工位是為了保證模具強度，提高使用壽命。該制件最寬處2.1mm，最窄處0.7mm，步距很小，故需在兩工位間設置一個或多個空工位，以防凸模干涉和凹模壁厚強度不夠。③對此類復雜非對稱彎曲件，為提高尺寸精度，不可一次彎曲所有部位，其45°、90°和95°彎曲應分開成型。④沖裁和彎曲的先后順序。如先加工完所有沖裁部分，再加工彎曲部分，則制件有一段狹長部分處于懸臂狀態，在進行彎曲加工時不易保證精度，且凹模容易損壞。所以將沖裁、彎曲加工交叉進行，既保證了制件質量，又延長了模具壽命。
2排樣設計
排樣的合理與否，會影響到材料的經濟利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等。因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項重要工作。本模具采用自動送料器送料，沖裁件的排樣圖如圖3所示。由于件小料薄，形狀復雜，精度要求高，在沖裁和彎曲制件外形時，如將凸模做成整體式，則模具制造困難，加工精度不能保證。所以從保證制件精度和模具制造方便的角度考慮，將沖壓區分為10個區域。其中A、D、E、H、J陰影區域為5個沖裁加工區，B、C、F、G、I為5個彎曲加工區。本排樣圖共設45個工位，主要工位排列如下:第1工位:沖小缺口;沖上、下深度為0.05mm的小缺口，作用是在使用制件時容易將制件從載體上折下來;第3工位:側刃切邊;第5工位:沖Ф1.2mm導正銷孔;第10工位:沖A區外形;第14工位:彎曲B部分，r=0.3mm;第19工位:彎曲C部分，r=0.2mm;第23工位:沖裁D區外形。第28工位:沖裁E區外形。第31工位:彎曲F部分，r=0.1mm;第34工位:彎曲G部分，r=0.15mm;第37工位:沖裁H區外形;第41工位:沖裁J區外形;第45工位:彎曲I部分，r=0.1mm;此彎曲部分為卷料時的支撐。其余工位是空工位。
3級進模結構與設計要點
設計的級進?？傃b結構如圖4所示，設計要點如下:①利用側搭邊載體卷料，制件始終和側搭邊載體相連，使用時折下即可。②采用彈性卸料裝置，坯料在壓緊狀態沖壓，保證了制件的平直度。③利用小導柱與小導套導向，使凸模與凹模正確配合，確保沖壓精度。④下模設有局部導料板可避免較薄條料送進過程中產生過大阻力。⑤考慮到彎曲回彈，各部位彎曲設計時均考慮了相應的補償角，通過試模修正來保證角度精度。⑥為節約材料，便于裝配調整和更換，部分凸、凹模采用鑲拼結構。⑦采用側刃粗定位+導正銷精定位達到精確控制每次送料步距的目的。
4主要零部件的結構設計
4.1A區凸、凹模刃口設計A區輪廓結構復雜，凸、凹模采用配合加工法。先加工好凸模作為基準件，然后配做凹模，使它們保持最小雙面間隙Zmin。其公差不再受凸、凹模間隙大小限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙。A區沖裁凸模刃口計算如圖5所示。圖示尺寸中，第1～4、6段模具磨損后尺寸不變，采用公式(1)。第5段模具磨損后尺寸變小，采用公式(2)。第7段非刃口尺寸，直接取其基本尺寸。
4.2凹模固定板設計凹模固定板用于固定相關凹模及鑲件。由于該級進模工位數較多，若模具累積誤差過大，會造成凸、凹模間隙不均，影響沖壓質量和模具壽命，故應將其制造精度提高?？紤]到該固定板上孔位尺寸較多，結合加工經濟性，確定如下:在送料方向的刃口孔位尺寸按IT7級制造;其他位置刃口孔位尺寸按IT8～9級制造，各緊固螺孔、銷孔位置尺寸按IT14級制造。各型孔位置關系見圖6。
4.3導料裝置的設計在級進模開始的幾個工位上放置4個導向槽浮頂器，兩邊非對稱放置。導向槽浮頂器結構如圖7所示。其作用是在導向的同時具有向上浮料的作用，使條料運行過程中從凹模上浮起3.5mm，以利于條料運行。
4.4彎曲凸模鑲件的設計本模具中的彎曲凸模均屬細長桿件，容易折斷或產生壓桿失穩影響彎曲精度，并且磨損較快，所以為了延長彎曲凸模壽命，便于拆卸、更換和維修，采用彎曲凸模鑲件結構，其裝配關系如圖8所示。由于經第4工位沖裁后條料的一側被切除，該側無法再用導向槽浮頂器，所以在彎曲凸模鑲件上安裝局部導料板，以保證條料的順利運行。而經過彎曲變形后，在條料厚度方向上會有一定高度的彎曲凸起，為了順利送進條料，必須將已被成形的帶料托起，使彎曲凸起部位離開凹模洞壁并略高于凹模工作表面，因此，圖8中鑲件底部需裝托料彈簧做彈頂裝置。
5結語
項目化教學法由教師與學生共同參與完成，在此過程中實現“教、學、做”的統一。教材中的內容及知識點即為選取教學項目的出發點，教師需依據模具設計的過程將本學科的主要知識點進行有機的優化重組，并按照由淺入深、由易到難的順序設置各個教學項目。每個教學項目又包含若干個子項目，這樣形成了項目化教學的整個總體框架，其涵蓋了《沖壓工藝與模具設計》課程的絕大部分知識點，在教學過程中逐步實現把過去的“教師為主體”變為“學生為主體”，從而達到對學生的預期要求。教學項目多選自源于企業的實際問題，或與工廠的實際工作有較高的貼近程度。每個教學項目既要考慮到知識點的覆蓋程度，又要考慮到在生產中的實用程度。教學項目不易太難也不要太簡單，應包含豐富且多樣化的內容，這樣既可使學生的綜合能力得到提升，又能保證學生可以完成任務。根據《沖壓工藝與模具設計》課程的教學目標，結合工廠工作實際情況，本著理論與實踐相結合的思路，可將課程教學內容安排為沖裁模具設計、彎曲模具設計與拉伸模具設計三個模塊。
2實施項目化教學
在對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學的過程中，教師主要起指導作用，由小組的學生自主安排、組織工作，工作中學生獨立分析并解決遇到的問題與困難，這極大地調動了學生探索新知識的積極性，他們的學習興趣有了提高，不但對書中的知識點有了更好的理解與深化，而且學生的溝通合作能力與創新思維同時得到了良好的發展，下面通過引入一個工作任務去說明本門課程實施項目化教學的步驟:
2.1引入教學案例
此零件結構簡單且對稱、無尖角，這對沖裁加工比較有利。零件中部有一異形孔，孔的最小尺寸為6mm，滿足沖裁最小孔徑的要求。另外，經計算異形孔距零件外形之間的最小孔邊距為5.5mm，滿足沖裁件最小孔邊距的要求，因而此零件的結構滿足沖裁要求。
2.2分析工作任務
任務的目標為設計落料沖孔復合模，要求運用AutoCAD軟件繪制模具的零件圖與裝配圖，并且編寫出計算說明書。此工件材料為Q235鋼，厚度是2mm，生產批量為大批量，工件上有4個尺寸標注了公差要求，從公差表查得其公差要求都屬IT13，因而普通沖裁即可達到零件的精度要求，對于未注公差尺寸按IT14精度等級查補。
2.3任務相關知識
為使學生能夠圓滿地完成任務，他們應先了解與復合模有關的理論知識、落料沖孔復合模的結構設計規范等內容，在此階段對于有難度的內容，應發揮教師的引導作用，達到學生掌握與任務有關的理論知識的目的，同時摒棄傳統教學中按章節講授的方法。
2.4實施工作任務
首先對工件確定沖裁工藝方案，文中零件為落料沖孔件，提出3種加工方案:①先落料，后沖孔，采用兩套單工序模生產;②落料－沖孔復合沖壓，采用復合模生產;③沖孔－落料連續沖壓，采用級進模生產，通過對3種方案進行分析比較，確定采用方案②。其次進行零件工藝計算，例如刃口尺寸計算、排樣計算、沖壓力計算等等，最后進行模具零部件結構的確定，繪制模具裝配圖與模具零件圖。此道工序需要學生的溝通與合作，既發展每個人的實踐能力與創新能力，又使他們的團隊協作精神得到加強。
2.5結果考核評價
“項目化教學法”的考核評價是一種對學生能力、素質綜合且全方位的評估，也是對項目化教學實施效果的檢驗。它是一種過程評價，包含教師點評、小組間相互評價及組內自評三個方面，主要考慮學生在教學過程中所表現出的分析問題與解決問題的能力、專業知識應用能力及思維創新能力等幾個方面，教師可通過預先公布評分的要求及注意事項，以期達到學生全身心投入到鉆研項目之中的效果。
2.6拓展學生思維
在工作任務已經完成的情況下，教師要求學生進一步、更深層次地去思考與本次工作任務相關的一些問題，這樣不僅使學生的思維得到了開發性的拓展，而且他們的工程意識也可得到加強。
3項目化教學效果
3.1提高了學生的學習興趣
在傳統的教法中，教師作為教學的中心控制著整個課堂，學生的學習行為消極被動，造成學生的潛在能力與學習主動性得不到充分發揮，教學效果不良。通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學，學生會發現一些問題，通過查閱有關資料、與同學共同商討研究等手段使問題得到解決，他們的潛能與學習興趣都得到了提高。
3.2提高了學生的綜合素質
通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學，可使學生自我去探索新知識與新技能的能力得到提高，進一步達到理論與實踐較好的結合，磨練了他們持之以恒的毅力與恒心。同時，在做項目的過程當中學生還學會了如何與他人溝通與協作，綜合素質得到了全面提高。
3.3使學生體驗到了成就感
學生在做項目的過程當中不辭辛苦直至最后完成設計，這有效地提高了他們分析問題、解決問題的能力，挖掘出他們的潛能，使學生不但體驗到了成功的辛苦，而且也體驗到了辛苦當中的樂趣，從而使他們對于取得成就的滿足感有了較深的體會。
3.4使學生體會到工作崗位
通過對《沖壓工藝與模具設計》課程實施項目化教學可以使學生將理論知識與工作技能更好地融為一體，培養了他們對于日后工作的責任心、細心以及耐心，使學生的工作態度與工程意識在校期間就得到了培訓，為日后到工廠去工作打下基礎。
4結語
1.1現狀分析
針對試制及小批量制件，根據現有生產裝備，沖壓件下料方面常采用剪機和數控等離子切割的方法來實現，但小件下料存在以下缺點：（1）剪機剪切的工件因為太小，由于存在安全隱患，后續無法沖角，只能通過手工方法處理，效率低，粉塵污染大。（2）數控等離子切割小件對設備損耗大，工件容易掉到篦子下，飛濺黏貼在工件表面，需打磨處理，外觀質量差。
1.2沖壓件下料工藝方法改進
針對上述問題，根據現有工藝裝備，對于沖壓小件下料采用200t壓力機模具落料為最佳方案，模具落料具有效率高、工件質量好、成本低的優點，可實現沖壓件批量生產的任務。
2落料模具設計
2.1落料件的確定
通過對32m3罐式集裝箱沖壓件進行分析，根據板厚、大小、材質確定其沖裁力，將可采用模具落料的工件進行梳理統計，厚度從2.5~4mm，長寬在20~60mm，共計7種。
2.2模具設計
2.2.1模具結構
該模具主要有上模板、下模板、凸模鑲塊、凹模鑲塊、卸料版、聚氨酯彈性卸料塊、導柱、導套等組成。
2.2.2凸、凹模鑲塊設計
采用落料形式，凹模刃口尺寸為基準件，應首先計算。根據刃口的磨損規律，凹模刃口尺寸應靠近落料件的最小尺寸。同時為了確保壓力機和模具正常、平衡的工作，模具的壓力中心（沖裁時的和一座用電或多工序模各工序沖壓力的合力作用點）應盡力與壓力機中心重合。凸、凹模間隙（凸模與凹模工作部分沖裁方向投影尺寸之差）直接影響其使用壽命和制件質量，所以間隙的確定尤為重要，參照美國ASTME工具和加工工程師協會確定的間隙分類及使用經驗，采取間隙（6~8）%（tt為料厚）。同時凸、凹模鑲塊的材質、加工制造精度、熱處理等也影響其壽命。
2.2.3模具設計
針對本方案設計多套凸、凹模鑲塊使用在同套模體上，即通過在1副模具上通過更換凸、凹模鑲塊、卸料板，來實現多種制件的落料工序，縮短模具制造周期、節約制造成本。凸、凹模鑲塊的高度、固定部位需統一，中心一致，達到互換性。模具的閉合高度H0（指上模板在最低的工作位置時，下模板的地面到上模板的頂面的距離）與壓力機閉合高度H（指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離），壓力機有最大閉合高度Hmzx和最小閉合高度Hmin之分，設計模具時，模具閉合高度H0的數值。
3結束語
關鍵詞：沖壓工藝及模具；科研；教學質量
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）08-0036-02
河南科技大學（原洛陽工學院，下同。）材料科學與工程學科始建于1958年，是原機械部重點學科、河南省第一層次重點學科。1983年開始招收碩士研究生，1986年獲得碩士學位授予權；1990年與西安交通大學、北京科技大學等高校聯合培養博士研究生。沖壓工藝及模具課程是材料加工專業一門十分重要的必修專業課。河南科技大學將沖壓工藝及模具作為一門獨立而又完整的課程最早是由金屬壓力加工專業提出的。在全國高等學校材料成形及控制工程本科專業指導性培養計劃中，沖壓工藝及模具始終是作為一門必不可少的專業技術課。河南科技大學從1976年開始為金屬壓力加工（鍛壓）專業開出此課，后逐漸拓展到模具類專業方向（本科），課程名稱由沖壓工藝學發展到現在的沖壓工藝及模具，至今已有三十多年的歷史。沖壓工藝及模具課程授課的模具和塑性成形專業本科生每年100多人，其中4個是模具專業班，1個是塑性成形專業班。通過不斷的教學實踐和傳、幫、帶，已逐步建設了一支具有較高教學、學術水平的師資隊伍，對課程性質的認識和課程內容的改革也已經達到了一個較高的深度，形成了鮮明的特色。沖壓工藝及模具課程2009 年被評為學校精品課程，任課教師以科研促教學，提高沖壓工藝及模具課程教育質量。沖壓工藝及模具課程依據洛陽獨特的產學研基地，在人才培養模式上銳意改革，建立了產學研一體的人才培養體系。以科研促教學推動課程群建設，構建了多層次的具有國際交流能力的培養體系[1-5]，在復合型人才培養模式的探索和實踐方面取得了一定成效。
一、科研促進專業培養體系的完善
通過科研實踐活動，模具和塑性專業的沖壓工藝及模具課程辦出了特色，專業培養體系不斷完善。從單一的中文教學到雙語教學，模具專業沖壓工藝及模具A、56學時，塑形成形專業沖壓工藝及模具B、48學時，采用雙語教學，教學方法和手段采用多媒體教學，有力地促進了教學效果和教學質量的提高。
沖壓工藝及模具課堂教學主要講授：（1）沖壓基本工序：沖裁、彎曲、拉深、脹形與翻邊。（2）板料的沖壓成形性能及成形極限。（3）沖模結構與設計。（4）沖壓工藝設計：編制沖壓工藝過程的主要內容和步驟，沖壓件工藝過程方案編制實例。沖壓工藝及模具課程針對所授內容，布置相應的思考題和作業，促進教學內容的理解和掌握。
實踐教學主要包括：（1）1周的認識實習，4周的生產實習。生產實習是專業教學計劃中的重要組成部分，它為實現專業培養目標起著重要作用；也是畢業后參加實際工作的一次預演。生產實習是學生獲得專業知識的重要環節之一。得天獨厚的洛陽地域和行業環境為學校開展實習提供了廣闊的空間，具有中國一拖集團、洛陽LYC軸承、中信重工、中鋁洛陽銅業等一批在行業中占據龍頭地位的國家特大型和大型企業。（2）進行4 個具
有典型意義的沖壓工藝及模具實驗：沖裁實驗、拉深實驗、板材的沖壓成形極限實驗和沖模拆裝實驗。（3）3周的課程設計，選擇生產中的零件作為設計內容，讓學生從原材料板材開始到零件的整個過程進行設計：分析沖壓件的工藝性；確定沖壓件的最佳工藝方案；確定沖壓模具的結構形式；選擇合理的沖壓設備；繪制沖壓模具零件和沖壓模具裝配圖；編寫沖壓工藝文件和設計計算說明書。
科研與教學相結合，使教師把在科研中獲得的新知識和新成果轉化到教學內容中，形成了理論水平高、實用性強、特色鮮明的日常課堂教學內容。教學內容強調了塑性成形原理及其與各類沖壓工序之間的關系。通過認識實習，沖壓實驗、生產實習，沖壓課程設計，學生能初步分析各類沖壓成形的變形規律，認識典型沖壓成形工藝方法、模具結構，掌握沖壓工藝與模具設計方法、沖壓模具制造工藝編制方法。
畢業設計是學生對大學四年所學知識的綜合運用，可以獲得理論知識轉化成科研的能力。經過畢業設計，學生的知識變得更加系統，并且讓學生學會了綜合運用課程知識、查閱資料、設計計算等許多在工作中有用的東西，也提高了學生分析問題和解決問題的能力。塑性和模具專業的教師還經常邀請一些企業高工指導畢業設計，使學生學到生產實踐中最實際的內容。模具和塑性專業本科畢業設計研究方向，與沖壓工藝及模具相關的占30%左右。如2008年至2013年，畢業設計每年沖壓工藝及模具選題人數分別為43，37，51，32，34，50人，每年模具和塑性專業相應的總人數分別為138，134，135，106，121，160人，畢業設計選擇沖壓工藝及模具方向的比例分別為31.2%，27.6%，37.8%，30.2%，28.1%，35%，遠高于擠壓工藝及模具、鍛造工藝及模具、塑料成型工藝及模具、超塑成形工藝及模具等所占比例。如拖拉機油箱拉深成形工藝分析及模具設計， 后壁板拉深成形工藝分析及數值模擬研究等等。
材料學院對畢業論文有嚴格的程序要求：指導教師下達任務書、學生寫開題報告，學校督導檢查組在畢業設計期間不定時抽查。指導教師之間互相審閱學生的論文，給出定量評價。論文格式審核員對每篇論文進行審查。模具和塑性專業教師對畢業生論文（設計）進行量化綜合評定：優秀、良好、中等、及格和不及格。評為不及格的畢業論文（設計）推遲畢業，與下一屆學生一起再次進行畢業設計。
二、科研促進教材建設
為了保持沖壓工藝及模具課程的國內領先水平，適應雙語教學的需要，課程選用國內外最新的同類課程教材，如：華南理工大學夏琴香教授編著的《Stamping Forming Technology and Die Design》雙語教材，國外John A.Waller編著的《Press Tools and Presswork》。在引進教材的同時，學院教師積極編寫進教材。塑性和模具專業的教師在科研中不斷探索與創新，并將其科研成果編寫進教材中。早在2002 年，蘇娟華教授參編了由機械工業出版社出版的《冷沖模設計及制造》教材， 并在上海電機技術高等?？茖W校、成都航空職業技術學院、天津理工學院、哈爾濱理工大學、包頭職業技術學院等多所職業技術學院使用，取得了良好的社會效益。2004年陳拂曉教授參與編著《超塑性應用技術》，由機械工業出版社出版。2007年馬老師參編了由機械工業出版社出版的《鍛壓手冊》（第3版）。2008年楊永順教授和郭俊卿博士主編出版全國規劃教材《塑料成型工藝與模具設計》，由哈爾濱工業大學出版社出版。2009年張彥敏博士主編教材《有限元數值模擬在金屬塑性成形中的應用》，由化學工業出版社出版。
三、科研提高教師的綜合水平
學院長期重視科研工作，學科建設基礎好。目前材料科學與工程已獲一級博士學位授權學科點。曾榮獲國家級材料成型與控制工程特色專業、國家級材料成型及控制工程教學團隊。塑性和模具專業有17名教師，具有博士學位的教師11人，分別畢業于北京科技大學，上海交通大學、西北工業大學、西安交通大學、北京航空航天大學、華中科技大學等。他們承擔了多項國家級和省部級的科研項目，先進的科研究成果充實、融入到教學的各個環節，促進了教學改革。陳拂曉教授主持國家級精品課程“金屬材料成形基礎”，同時主持河南科技大學教改課題“材料成型及控制工程專業人才培養模式的綜合研究與實踐”。蘇娟華教授主持河南科技大學教學教改基金項目“沖壓工藝及模具課程雙語教學探討與實踐”；河南科技大學精品課程項目“沖壓工藝及模具”；參加河南省高等學校雙語教學示范課程項目。宋志真副教授主持河南科技大學教學教改項目“塑性成形專業課程設計教學基礎研究與實踐”。
四、科研促進學生創新實踐活動
教師的科研工作有力地帶動了學生的課外科技活動，提高了學生的科技創新能力。河南科技大學十分重視學生科技活動， 每年都要組織一次大學生研究訓練計劃（SRTP）項目的評審。沖壓工藝及模具精品課程一貫注重同學開展課外科研活動， 申請多項大學生研究訓練計劃（SRTP），取得了豐碩成果。2009年張彥敏博士指導了大學生沈麗的“基于VB的專業課程設計系統制
作”； 2012年楊正海博士指導了大學生楊曉倩的“塑性
變形工藝對銅基粉末冶金載流摩擦材料性能的影響”；宛瓊老師指導大學生趙運運“的點焊拼接板拼對線受拉剪作用的實驗與模擬研究”。
沖壓工藝及模具課程在30多年的辦學歷程中，主動適應國家經濟建設和社會發展需要，充分發揮地域和行業辦學優勢，體現教學和科研相結合的特點，不斷提升教學水平，形成了具有雙語教學特色的本科教育培養體系，提高了沖壓工藝及模具課程教育質量。
參考文獻：
[1]桂萍.以科研促教學不斷提高教育質量[J].中國農業教 育，2005，（4）.
[2]黃海午.精品課程建設與教學改革探索[J].高教論壇， 2011，（12）.
[3]蘇娟華.雙語教學在沖壓工藝及模具課程中的實踐[J]. 高教論壇，2009，（4）.
關鍵詞：筆記本電腦外殼，沖壓工藝，拉伸模，修邊模
DesignoftheStampingDiefortheMagnesiumAZ31
OuterShelloftheNotebookPC
Author:BoFengxia
Tutor:HuangChanging
Abstract
ThestampingprocessfortheoutershellofthenotebookPCisanalyzedandasetofsimplyconstructedformingdieusedonliquid-presswasdesigned.Thearticleintroducesthestructureandworkingprocessofthedieoneachoperationfromthestructureandthefunctionoftheproduct.Andthepointsforattentioninthedesignandmanufactureofthediesarelisted.TheefficiencyofmagnesiumAZ31isanalyzedinsheetmetalformingandthatitcan’tdrawinnormaltemperature.Theproblemisresolvedbyheatingthedieandworkpieceduringdrawing,afterdetailedanalyzingandrelativetechnicaldataconsulting.Theproducthastobetrimmedintwodirections.Afteranalyzingthetechnicoftheproduct,weknow:Ifthetwodirectionsarecarriedoutatonetime,itishardtomakesuretheprecision.Onthecontrary,ifwemakeonedirectionatonetime,itiseasytosatisfythetechnicalrequirementoftheproduct.
Keywords:theoutershellofthenotebookPC,stampingprocess,drawingdie,
trimmingdie
論文構成
(1)選題背景和研究方法和。
(2)沖壓工藝規程通過對工件的工藝分析和工藝計算，考慮經濟性和可行性的前提下，確定工藝方案。
(3)進行模具設計拉深模設計和修邊模設計。
(4)設計總結總結本次設計之后所得到的收獲和改進意見。
金屬鎂及其合金是迄今在工程應用的最輕的結構材料，常規鎂合金比鋁合金輕30%~50%，比鋼鐵輕70%以上，應用在工程中可大大減輕結構件質量。同時鎂合金具有高的比強度和比剛度，尺寸穩定性高，阻尼減震性好，機械加工方便，尤其易于回收利用，具有環保特性。20世紀80年代以來鎂合金的研究得到飛速發展，隨著鎂合金應用面的不斷擴大鎂合金的研究和開發也進入了新時代。然而鎂合金的研究和發展還很不充分，很多工作還處于摸索階段，很多有關鎂合金性能的研究還沒有得到完全發展。對鎂合金的成型技術的研究目前主要在金屬型鑄造，砂型鑄造，低壓鑄造，差壓鑄造，熔模鑄造，壓力鑄造和技壓鑄造等方面，對鎂合金的沖壓工藝研究較少。但是，鎂合金沖壓方面的應用前景較好，除了可以減輕質量，外觀漂亮外，特別是電磁屏蔽能力好。
本文結合省自然科學基金項目—鎂合金深加工研究，主要進行變形鎂合金的板材成型性分析設計。
鎂合金在常溫下的塑性很低，因此不適于常溫下沖壓成形。鎂合金在熱態下具有較好的塑性，甚至在一些不利于其他材料成形的應力-應變狀態下也可以成形，但變形速度不宜太大。鎂合金板材在250℃左右拉深時其拉深比超過鋁合金和低碳鋼板的常溫拉深成形極限。在175℃鎂合金板形件拉深的拉深比可達2.0，225℃可達3.0。
本次設計主要是根據鎂合金AZ31板材加熱時的拉深性能來進行模具設計，鎂合金AZ31板材拉深成形時主要工藝參數有拉深力、成形速度、坯料溫度、模具預熱溫度、方式、模具圓角、模具間隙、壓邊力等，這些因素對坯料的拉深成形結果均有不同程度的影響。
目錄
1緒論……………………………….…………………………………………….…1
1.1選題背景及目的…………………………………….……..…………………1
1.2國內外研究狀況…………………………………….………………………..1
1.3課題研究方法………………………………….……………………………..2
1.4論文構成………………………………….…………...……………………...2
2沖壓工藝規程的編制………………………………….……………………..3
2.1沖壓件的工藝分析…………………………………………………………3
2.1.1材料………………………………………………………………….4
2.1.2結構工藝性分析……………………………………………………5
2.2毛坯形狀、尺寸的確定……………………………………………………6
2.2.1盒形件的修邊余量………………………………….………………6
2.2.2盒形件毛坯尺寸計算……………………………………………….7
2.3排樣設計及材料利用率計算……….………………………………….…..8
2.3.1排樣方式……………….………………….………………………...8
2.3.2材料利用率計算……….…………………………………………...9
2.4確定工藝方案……………………………………………………………….9
2.4.1基本工序的確定………………………………….…………………9
2.4.2不同工藝方案的比較……………………………………………….9
2.5工藝計算……………………………………………………………………10
2.5.1落料工序…………………………………………………………...10
2.5.2拉深工序…………………………………………………………...11
2.5.3沖孔工序……………………………………………………………12
2.5.4修邊工序……………………………………………………………13
2.6沖壓工藝過程卡片………………………………………………………...14
3拉深模設計……………………………………….…………………………..17
3.1模具的結構形式……………………………………….………………….17
3.2模具刃口尺寸計算…………………………………….…………………18
3.2.1上下模刃口尺寸計算…………………….……………………….18
3.2.2壓力中心計算……………………………………………………..19
3.3零件設計及標準件選擇…………………………………………………..19
3.3.1凸模的設計…………………………..……………………………19
3.3.2凹模的設計…………………………………..….………………….21
3.3.3定位板的計………………………………...……………………...21
3.3.4彈性壓圈的設計…………………………...………………………21
3.3.5拉深筋的設計……………………………………………………….22
3.3.6上下模座、導柱導套的設計…………………….……………….22
3.3.7出件裝置的設計…………………………………………………..22
3.4模具閉合高度的計算……………………………………………………...23
3.5繪制裝配圖及零件圖……………………………….……………………..23
3.6壓力機校核………………………………………….……………………..23
4修邊模設計……………………………………….…………………………...24
4.1模具的結構形式………………………………………..…………………24
4.2壓力中心計算…………………………………….……………………….25
4.3零件設計及標準件選擇…………………………….………………………25
4.3.1斜楔和滑塊的設計………………………………………………..25
4.3.2滑塊返回行程的復位機構………………….…………………….27
4.3.3出件裝置的設計……………………………….…………………..27
4.3.4上模座的設計……………………………………………………...28
4.3.5下模座的設計………………………………………………………28
4.3.6壓料板的設計………………………………………………………28
4.3.7防磨板的設計…………………………….….…………………….29
4.3.8導板的設計………………………………….………………………29
4.4模具閉合高度的計算…………………………………………………….…29
4.5裝配圖及零件圖的繪制………………………………………………….….30
4.6壓力機校核…………………………………………………………………..30
設計總結…………………………………………………………………………31
【論文摘要】：針對汽車覆蓋件沖壓的有限元模擬方面的具體問題進行了研究，采用彈塑性有限元的數值模擬及試驗研究的方法，對汽車覆蓋件拉延過程中的成形進行了研究。針對拉延模擬結果進行應力應變分析，尋找工藝參數的優化方案，改進的工藝方案使破裂情況明顯改善。
由于沖壓工藝具有生產效率高、質量穩定、成本低以及可加工復雜形狀等一系列優點，在機械行業的應用非常廣泛，占有十分重要的地位[1]。但是沖壓模具的設計主要依據工程師長期積累的經驗。對于復雜的成形工藝和模具，設計質量難以得到保證;一些關鍵性的設計參數要在模具制造出來之后，通過反復的調試、修改才能確定。這樣就浪費了大量的人力、物力和時問[2-3]。隨著有限元技術和計算機技術的發展，數值模擬已逐漸成為工藝分析及優化設計的有效工具。
1. 有限元模型的建立和參數設定
一般汽車覆蓋件工藝設計流程具體分析如下: (1) 根據產品圖及產品沖壓工藝設計，進行詳細的車身產品工藝性分析。為了實現拉延或創造良好的拉延條件，必須合理考慮沖壓方向、工藝補充部分形狀以及壓料面形式、拉延筋布置等重要工藝因素。其中包括利用計算機進行的工藝補充面三維設計。(2) 在滿足產品使用的前提下，將過剩的質量要求及時反饋給產品設計部門，進行研討，力爭把產品完善到最簡單、最合理的工藝要求，以克服產品的過剩質量，減少不必要的工裝投入。(3) 利用計算機進行車身產品的沖壓工藝性分析，進行圖面形狀的分析探討和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握產品使用性能要求的前提下，考慮用戶使用和維修，利用塑性加工原理、沖壓工藝知識和模具設計結構的有關知識，設計沖壓工藝過程圖。在設計過程中，同時要分析沖壓工藝方案，發現不足之處，進行必要的修正。(4) 模具設計人員按照沖壓工藝過程圖的基本要求進行模具設計，模具CAD設計包括上、下模座，工作部分零件，導向部件，定位零件和進出料裝置等設計。數控編程和模型人員按照沖壓工藝過程圖和模具圖進行數控編程和模型制造，最后按照沖壓工藝過程模具圖要求進行機械加工和模具裝配調試，最終調試出合格的產品。
選用某轎車內部地板零件產品圖，此零件是一個比較復雜的中小型車身結構件。由于零件拉延深度深，并且具有局部反拉延，因此成形過程估計會出現問題，為了驗證問題所在我們利用CAE軟件進行模擬成形計算。對于復雜沖壓零件的成形過程，不但同一時刻不同位置的板坯所承受的變形方式和變形程度不同，而且不同時刻同一位置的板坯所承受的變形方式和變形程度也不同;另外，沖壓工藝邊界條件的設定對變形路徑和各部分的變形程度的影響也非常明顯。
一般劃分網格時，首先建立一個拓撲結構模型。這一步驟是連接分離的型面，使你可以在網格劃分的時候得到連續的網格(兩個相連的元素在分界線之問共同享用相同的節點)。系統能通過你所定義的公差自動辨認普通表面之問的分界線，以建立我們所說的拓撲模型。建立好拓撲結構以后，應定義網格劃分的參數，并進行網格的自動劃分。一般情況下要求用戶最少確定四個參數，包括最小元素大小，最大元素大小，兩個相連的元素之問的法向夾角，網格的弦高。最小元素的大小影響著網格劃分中最小元素的尺寸。當模型的型面比較平坦時它最大元素的大小則受最大元素參數的影響。兩個相連的元素之問的法向夾角所起的作用是規定了兩個相連元素之問的最大法向夾角，即當兩個元素的夾角大于用戶給定的值時，這兩個元素會分裂為更多的元素，故它影響著倒角和小圓角部分的網格密度，它的值越小網格則越密。例如:一般我們在劃分模具網格時，它的拉延圓角最好有五行元素，這時調整法向夾角的參數就可以達到目的。弦高的大小則影響著大網格半徑表面上的網格密度，它的值越大，則網格越少。在汽車覆蓋件模擬中，板料數據一般都是曲線，因此板料的網格劃分與模具的劃分不一樣。 轉貼于
根據實際需要確定板料特性，應力應變關系=537(0.0102+)0.23MPa，法向各項異性系數為1.8。其他參數如下:揚氏模量2.07E+5 MPa;屈服極限210 MPa;泊松比0.28;板材厚度0.8mm;板料質量密度7.83E-9;r0=1.87， r45=1.27，r90=2.17。由于摩擦系數必須有實驗得出，特別是幾種常用材料在工業生產中的實際摩擦系數。考慮到汽車覆蓋件生產廠家和模具生產廠家的實際，一般不考慮使用油，在拉延前要使用清潔防銹油清理兼。因此我們必須通過試驗來得出在幾種不同條件下的摩擦系數，例如干摩擦和加清潔防銹油后的摩擦。還有就是拉延筋的拉延阻力在不同形狀拉延筋情況下的取值。測定為此我們設計了覆蓋件模具的摩擦系數和實際拉延筋拉延阻力的測定的試驗，詳細試驗結果在第六章中。摩擦系數根據測量結果給定0.175 ，拉延筋選取單圓筋，拉延阻力為0.178KN/mm。
2. 汽車覆蓋件沖壓的有限元模擬結果分析
經過計算后，板料的FLD如圖2所示。在FLD圖中，紅色表示破裂，粉紅色表示起皺，而在應變云圖中紅色表示正應變，深藍表示副應變。從FLD圖中我們可以看出四處破裂，分別是大鼓包處，凹坑底部，最下方的小鼓包處，右上方的直壁處。通過主應變和次應變云圖可以看出在突起的鼓包頂端處為雙向拉應變發生破裂，并目_從板料輪廓的變化發現在有拉延筋的地方板料兒乎沒有流動，形成過度脹形，凹坑底部破裂處也同樣出現脹形過度問題。而模具拉延直壁處的破裂卻是不同形式的，該處的主應變為拉應變，次應變為壓應變，為明顯的拉深破裂狀態。之所以只有這個直壁角破裂是因為這個角離大鼓包最近，并且通過成形過程的模擬我們發現這個直角壁首先成形，從而在凹坑成形前破裂。其它四個角由于拉延高度低并且沒有復雜的凸凹變形，都有足夠的板料流動量，板料的流動情況良好，所以沒有破裂。
3. 汽車覆蓋件沖壓工藝改進方案
在去掉拉延筋，變化壓邊力后還是無法緩解，于是決定改變模型，我們把拉延直壁消除降低了模具拉延高度;把型面中那一個接近大直角型面過渡改為一個小緩坡，減緩了陡峭程度;由于模具進料困難，所以去掉拉延筋，然后設定壓邊力為400KN，摩擦系數為0.12，進行模擬后如圖4所示?？梢钥闯雠c未改前的情況有很大的不同，破裂情況明顯改善，尤其是右上角直壁處的破裂變得很小，這是由于降低了它的拉延高度。
4. 結論
世界上每年的鋼材有半數以上被軋制成板料和管料。金屬板、管的成形和加工在航空、航天、汽車、船舶及許多民用工業中都占有相當重的比例。因此，提高相應的成形技術和制造水平是一個具有普遍意義的大課題。因此，文章在汽車覆蓋件數值模擬和試驗研究的基礎上，采用有限元的數值模擬及試驗研究的方法，對汽車覆蓋件拉延過程中的成形進行了數值模擬和試驗研究。
參考文獻
[1] 李東升， 黃小明， 胡世光. 汽車覆蓋件拉延筋的單元模擬試驗研究[D]. 北京航空航天大學學報，1995.21(2):67-71.
