时间：2022-02-21 15:21:51
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关键词：片齿轮；精冲；工艺分析；模具设计
1冲制片齿轮的技术难点
用板、条、带、卷料一模成形，直接冲制出各种齿型、不同模数和带孔或不带孔、轮辐加厚或减薄的圆形、扇形与特定任意形状的片齿轮等，其冲压加工的技术难点如下：
(1)齿型冲切面即齿廓啮合面质量，往往因材质金相组织结构不良、不到位和模具刃口出现不均匀磨损等因素而使冲件冲切面塌角过大，塌角深度超过25%T；冲切面完好率不足75%，低于Ⅳ级而影响使用；冲切面局部毛刺过大，难以彻底清除；冲切面的整体表面粗糙度值大于RA1.6“m，无后续加工工序时小于RA1.6”m，就无法使用。
(2)料厚t<1mm的小尺寸片齿轮，尤其当t≤0.5mm时，各种精冲方法都难以加工；用高精度普通冲模冲制，冲切面质量，特别是冲切面表面粗糙度值如何减小到符合要求。
(3)小模数片齿轮，如模数m<0.25mm的渐开线片齿轮，其冲裁模齿形冲切刃口，包括凸模与凹模的齿形刃口在冲裁过程中，要承受较大的压力载荷，容易出现崩刃、压塌、局部过量磨损……，冲制的工件，齿顶部位塌角大，料厚减薄明显，而且模数越小减薄越严重。在齿顶刃口处过量磨损而失效。也有在齿根圆的位
(4)所有冲制片齿轮的冲模，寿命都很低。多数都置，凸模出现了裂纹。由于齿形模数小，节圆上的齿宽B远小于零件料厚，冲裁时凸模齿形部位的压力峰值数倍于凸模的平均压应力，因而大幅度增加了齿形部位的摩擦力以及由此产生的成倍磨耗，必然导致冲模提前刃磨。
(5)料厚t≥1mm-3mm的薄板片齿轮，多采用各种精冲方法，直接从原材料冲制成品片齿轮零件。由于模数小，节圆齿宽B大多都小于t，多数仅为B≤60%T，甚至40%T或更小。不仅凸模齿形承载压力大，而且冲出齿形齿顶部位减薄，塌角深达20%T-25%T，软料更为严重。
(6)片齿轮的齿形精度、整体的线性尺寸精度以及齿形外廓与孔，尤其是中心孔的同轴度、轮辐群孔的位置度等，受冲压工艺、冲模结构型式、冲模制造精度的制约；冲件材料的力学性能对冲切面质量影响较大。采用连续冲裁工艺冲制的带孔或轮辐厚度与齿形不同需要减薄轮辐或齿形部位的工件，可采用多工位连续冲压工艺：先在压形打扁减薄的工位内外两旁边切口，容纳多余材料及料厚减薄增大的面积，而后才能精冲孔或扩孔、精冲齿形，与只有冲裁工位的连续冲裁模一样，精准的定位系统是确保工件形位精度的关键。齿形与尺寸精度则主要靠提高制模精度保证。
2超薄料片齿轮的冲制
料厚t≤0.5mm的片齿轮，采用V形齿圈强力压板精冲，即FB精冲有难度，特别是t≤0.3mm时，因标准齿圈的V形齿最小高度hmIN为0.3mm，压入材料过深会将材料咔断，故不能实施精冲。其他精冲方法，如对向凹模精冲，也不能精冲t≤0.5mm的零件。这些厚度不大的各种材料的片齿轮，特别是t≤0.5mm-1mm或更薄一些的片齿轮，仪表产品中使用较多。
下文笔者举例一种与安徽电影机械厂合作，在普通压力机上推广应用精冲技术而设计的精冲模结构之一。该模具为电影放映机输片齿零件在普通压力机上进行精冲的固定凸模式FB精冲模。该模具有推件滞后结构，能避免因滑块回程将工件推入废料腔内而刮坏断面的缺陷，确保精冲件的断面质量。
推件滞后机构由硬橡胶圈、球面接头、调节垫和碟形弹簧组成。当上模上行时，硬橡圈把模柄弹起，碟形弹簧放松，推件块不动。上模继续上行，通过杠杆的作用使推件块动作，推出工件。使用这种机构时需严格控制反推加压行程及对模深度，否则会损坏推件块或碟形弹簧。该模具采用通用模架，更换模芯，可冲制不同的工件。
对于t≤0.5mm的片齿轮，使用高精度普通全钢冲模，冲制薄料、超薄料零件，只要制模精度高、冲裁间隙小、冲裁刃口锋利，也能获得高质量零件。
精冲件与普通冲裁件相比，冲切面光洁、平整，表面粗糙度值一般为RA0.63!m-0.25∮m；尺寸精度可达IT7-9级。而普通冲裁件冲切面质量随料厚t增加，波动很大：t=1mm时，其表面粗糙度值为RA3.0-3.2∮m；T≤0.5mm时，可达RA2.5m-2.0m，尺寸精度可达IT9-10级。因此，对于料厚t<1mm的片齿轮零件，尤其t≤0.5mm的片齿轮零件，推荐采用图5所示高精度固定卸料导板式冲裁模或连续冲裁模冲制片齿轮，可以收到精冲效果，达到IT8-IT9级冲压精度。3薄板与中厚板片齿轮的冲制
料厚t>1mm-3mm的薄板与t>3mm-4.75mm中厚板片齿轮零件，当投产批量达到大批大量生产的水平，推荐采用FB精冲，即用V形齿圈强力压板精冲工艺加工。实施FB精冲，采用专用CNC精冲机组，不仅效率高、自动化
程度高、操作安全性高，更主要的是以人为本，劳动强度低，无噪声与污物对环境污染，精冲在封闭空间进行，外扩散噪声控制在85dB(A)以下。专用CNC精冲机或成套CNC精冲机组过去一直靠进口，价格高昂，维修技术要求高，配套水、电、空调、压缩空气等动力系统及设施投资巨大，专用精冲机与CNC精冲机国内也有几家生产，售价仍觉偏高。建议外委协作加工。同时，对于尺寸不大的小型精冲件，也可用特殊结构的冲模，在普通压力机上实施FB精冲。
下图所示是齿弧板零件在专用CNC精冲机上精冲的冲孔——落料复合冲裁精冲模。该模具采用顺装-结构型式，齿圈压板件6亦是冲裁凸模件13的导板，虽采用滑动导向导柱模架，但有嵌装在模座沉孔中的V形齿圈压板为内嵌式凸模导向，两者原本同轴度极好，导向也可达到零偏差或接近零偏差导向，精度极高。
4厚板齿轮、凸轮与类似零件的精冲、整修及后续加工
料厚超过t≥4.75mm的片齿轮，如果产量达到成批和大量生产的水平，采用CNC专用精冲机组生产最合算，不仅仅是发展与深化了科学发展观的理念，坚持以人为本的宗旨，获得巨大经济技术效益和良好的社会与环保效益，而且确保冲压生产安全，消除了多项安全隐患。所以，推广厚板零件，包括片齿轮、凸轮、棘轮等，用精冲工艺生产，扩大无削加工范围，使冲压生产技术得到提升。
目前国内已有内江锻压机床厂、徐州特种锻压设备厂、武汉华夏精冲公司等企业制造多种规格的精冲机。其性能比世界一流的瑞FEINTOOL公司CNC精冲机有一些差距，但实际使用效果还不错，其售价也远低于进口机。用国产精冲机实际精冲，效益也会很好的。对普通冲裁的齿轮、凸轮、棘轮等零件，经过后续整修获得高的尺寸与形位精度、光洁平整的冲切面。实践证明，该工艺行之有效。对于厚板高精度片齿轮等零件，不仅可行，而且经济，特别适合小型零件的多品种生产。
诸如凸轮、多边形型板、标准孔板、基座等精冲件，厚度虽都较大，一般t≥4.75mm属于厚板零件，但其外廓形状简单，有利于冲裁后整修加工。微间隙整修变形过程有些类似的负间隙整修工艺，用于形状简单、材料强度不大的低碳钢、有色金属零件加工，效果很好。例如有种模具是采用负间隙修整，凸模、凹模间负间隙为(0.1-0.2)T，凹模刃口带有小圆角，其圆角半径取R0.05-R0.1mm。卸料板既起卸料作用又起毛坯的定位作用，故下端面离凹模刃面应小于料厚(约取0.8T)，以保证毛坯定位，又能排屑。排屑需用压缩空气吹掉。由于凸模刃口大于凹模刃口，故用两限位柱，以防凹、凸模的刃口啃伤。整修完毕，工件没有全部挤入凹模，由下一个工件整修时将它全部推入并推出凹模。
参考文献
制件基本工序有冲孔、落料、弯曲，按组合程度不同，有单工序、复合模、级进模3种方案。3种方案比较如下:方案1单工序冲压，由于工件小，工序多，定位难以达到精度，质量难以保证，生产率较低，故不宜采用。方案2复合模冲压，由于制件小料薄，结构复杂，导致模具装配较困难，且强度受模具最小壁厚限制，寿命不高，也不宜采用。方案3级进模冲压，特别适合加工宽度极小的异形件，能够保证制件精度，工序间自动送料，连续冲压，生产效率高，操作方便安全。综上所述，确定采用级进模冲压具有较高的技术经济性。对该级进模，设计时应注意以下几个方面:①工位数的确定。该制件结构复杂，有许多转角且不对称，尺寸小，又要保证其形位精度，故宜采用分区冲裁，把外形成型分解在多个工位完成，以减小模具复杂程度，提高整体精度。②空工位的设计原则。级进模中增设空工位是为了保证模具强度，提高使用寿命。该制件最宽处2.1mm，最窄处0.7mm，步距很小，故需在两工位间设置一个或多个空工位，以防凸模干涉和凹模壁厚强度不够。③对此类复杂非对称弯曲件，为提高尺寸精度，不可一次弯曲所有部位，其45°、90°和95°弯曲应分开成型。④冲裁和弯曲的先后顺序。如先加工完所有冲裁部分，再加工弯曲部分，则制件有一段狭长部分处于悬臂状态，在进行弯曲加工时不易保证精度，且凹模容易损坏。所以将冲裁、弯曲加工交叉进行，既保证了制件质量，又延长了模具寿命。
2排样设计
排样的合理与否，会影响到材料的经济利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等。因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项重要工作。本模具采用自动送料器送料，冲裁件的排样图如图3所示。由于件小料薄，形状复杂，精度要求高，在冲裁和弯曲制件外形时，如将凸模做成整体式，则模具制造困难，加工精度不能保证。所以从保证制件精度和模具制造方便的角度考虑，将冲压区分为10个区域。其中A、D、E、H、J阴影区域为5个冲裁加工区，B、C、F、G、I为5个弯曲加工区。本排样图共设45个工位，主要工位排列如下:第1工位:冲小缺口;冲上、下深度为0.05mm的小缺口，作用是在使用制件时容易将制件从载体上折下来;第3工位:侧刃切边;第5工位:冲Ф1.2mm导正销孔;第10工位:冲A区外形;第14工位:弯曲B部分，r=0.3mm;第19工位:弯曲C部分，r=0.2mm;第23工位:冲裁D区外形。第28工位:冲裁E区外形。第31工位:弯曲F部分，r=0.1mm;第34工位:弯曲G部分，r=0.15mm;第37工位:冲裁H区外形;第41工位:冲裁J区外形;第45工位:弯曲I部分，r=0.1mm;此弯曲部分为卷料时的支撑。其余工位是空工位。
3级进模结构与设计要点
设计的级进模总装结构如图4所示，设计要点如下:①利用侧搭边载体卷料，制件始终和侧搭边载体相连，使用时折下即可。②采用弹性卸料装置，坯料在压紧状态冲压，保证了制件的平直度。③利用小导柱与小导套导向，使凸模与凹模正确配合，确保冲压精度。④下模设有局部导料板可避免较薄条料送进过程中产生过大阻力。⑤考虑到弯曲回弹，各部位弯曲设计时均考虑了相应的补偿角，通过试模修正来保证角度精度。⑥为节约材料，便于装配调整和更换，部分凸、凹模采用镶拼结构。⑦采用侧刃粗定位+导正销精定位达到精确控制每次送料步距的目的。
4主要零部件的结构设计
4.1A区凸、凹模刃口设计A区轮廓结构复杂，凸、凹模采用配合加工法。先加工好凸模作为基准件，然后配做凹模，使它们保持最小双面间隙Zmin。其公差不再受凸、凹模间隙大小限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙。A区冲裁凸模刃口计算如图5所示。图示尺寸中，第1～4、6段模具磨损后尺寸不变，采用公式(1)。第5段模具磨损后尺寸变小，采用公式(2)。第7段非刃口尺寸，直接取其基本尺寸。
4.2凹模固定板设计凹模固定板用于固定相关凹模及镶件。由于该级进模工位数较多，若模具累积误差过大，会造成凸、凹模间隙不均，影响冲压质量和模具寿命，故应将其制造精度提高。考虑到该固定板上孔位尺寸较多，结合加工经济性，确定如下:在送料方向的刃口孔位尺寸按IT7级制造;其他位置刃口孔位尺寸按IT8～9级制造，各紧固螺孔、销孔位置尺寸按IT14级制造。各型孔位置关系见图6。
4.3导料装置的设计在级进模开始的几个工位上放置4个导向槽浮顶器，两边非对称放置。导向槽浮顶器结构如图7所示。其作用是在导向的同时具有向上浮料的作用，使条料运行过程中从凹模上浮起3.5mm，以利于条料运行。
4.4弯曲凸模镶件的设计本模具中的弯曲凸模均属细长杆件，容易折断或产生压杆失稳影响弯曲精度，并且磨损较快，所以为了延长弯曲凸模寿命，便于拆卸、更换和维修，采用弯曲凸模镶件结构，其装配关系如图8所示。由于经第4工位冲裁后条料的一侧被切除，该侧无法再用导向槽浮顶器，所以在弯曲凸模镶件上安装局部导料板，以保证条料的顺利运行。而经过弯曲变形后，在条料厚度方向上会有一定高度的弯曲凸起，为了顺利送进条料，必须将已被成形的带料托起，使弯曲凸起部位离开凹模洞壁并略高于凹模工作表面，因此，图8中镶件底部需装托料弹簧做弹顶装置。
5结语
项目化教学法由教师与学生共同参与完成，在此过程中实现“教、学、做”的统一。教材中的内容及知识点即为选取教学项目的出发点，教师需依据模具设计的过程将本学科的主要知识点进行有机的优化重组，并按照由浅入深、由易到难的顺序设置各个教学项目。每个教学项目又包含若干个子项目，这样形成了项目化教学的整个总体框架，其涵盖了《冲压工艺与模具设计》课程的绝大部分知识点，在教学过程中逐步实现把过去的“教师为主体”变为“学生为主体”，从而达到对学生的预期要求。教学项目多选自源于企业的实际问题，或与工厂的实际工作有较高的贴近程度。每个教学项目既要考虑到知识点的覆盖程度，又要考虑到在生产中的实用程度。教学项目不易太难也不要太简单，应包含丰富且多样化的内容，这样既可使学生的综合能力得到提升，又能保证学生可以完成任务。根据《冲压工艺与模具设计》课程的教学目标，结合工厂工作实际情况，本着理论与实践相结合的思路，可将课程教学内容安排为冲裁模具设计、弯曲模具设计与拉伸模具设计三个模块。
2实施项目化教学
在对《冲压工艺与模具设计》课程实施项目化教学的过程中，教师主要起指导作用，由小组的学生自主安排、组织工作，工作中学生独立分析并解决遇到的问题与困难，这极大地调动了学生探索新知识的积极性，他们的学习兴趣有了提高，不但对书中的知识点有了更好的理解与深化，而且学生的沟通合作能力与创新思维同时得到了良好的发展，下面通过引入一个工作任务去说明本门课程实施项目化教学的步骤:
2.1引入教学案例
此零件结构简单且对称、无尖角，这对冲裁加工比较有利。零件中部有一异形孔，孔的最小尺寸为6mm，满足冲裁最小孔径的要求。另外，经计算异形孔距零件外形之间的最小孔边距为5.5mm，满足冲裁件最小孔边距的要求，因而此零件的结构满足冲裁要求。
2.2分析工作任务
任务的目标为设计落料冲孔复合模，要求运用AutoCAD软件绘制模具的零件图与装配图，并且编写出计算说明书。此工件材料为Q235钢，厚度是2mm，生产批量为大批量，工件上有4个尺寸标注了公差要求，从公差表查得其公差要求都属IT13，因而普通冲裁即可达到零件的精度要求，对于未注公差尺寸按IT14精度等级查补。
2.3任务相关知识
为使学生能够圆满地完成任务，他们应先了解与复合模有关的理论知识、落料冲孔复合模的结构设计规范等内容，在此阶段对于有难度的内容，应发挥教师的引导作用，达到学生掌握与任务有关的理论知识的目的，同时摒弃传统教学中按章节讲授的方法。
2.4实施工作任务
首先对工件确定冲裁工艺方案，文中零件为落料冲孔件，提出3种加工方案:①先落料，后冲孔，采用两套单工序模生产;②落料－冲孔复合冲压，采用复合模生产;③冲孔－落料连续冲压，采用级进模生产，通过对3种方案进行分析比较，确定采用方案②。其次进行零件工艺计算，例如刃口尺寸计算、排样计算、冲压力计算等等，最后进行模具零部件结构的确定，绘制模具装配图与模具零件图。此道工序需要学生的沟通与合作，既发展每个人的实践能力与创新能力，又使他们的团队协作精神得到加强。
2.5结果考核评价
“项目化教学法”的考核评价是一种对学生能力、素质综合且全方位的评估，也是对项目化教学实施效果的检验。它是一种过程评价，包含教师点评、小组间相互评价及组内自评三个方面，主要考虑学生在教学过程中所表现出的分析问题与解决问题的能力、专业知识应用能力及思维创新能力等几个方面，教师可通过预先公布评分的要求及注意事项，以期达到学生全身心投入到钻研项目之中的效果。
2.6拓展学生思维
在工作任务已经完成的情况下，教师要求学生进一步、更深层次地去思考与本次工作任务相关的一些问题，这样不仅使学生的思维得到了开发性的拓展，而且他们的工程意识也可得到加强。
3项目化教学效果
3.1提高了学生的学习兴趣
在传统的教法中，教师作为教学的中心控制着整个课堂，学生的学习行为消极被动，造成学生的潜在能力与学习主动性得不到充分发挥，教学效果不良。通过对《冲压工艺与模具设计》课程实施项目化教学，学生会发现一些问题，通过查阅有关资料、与同学共同商讨研究等手段使问题得到解决，他们的潜能与学习兴趣都得到了提高。
3.2提高了学生的综合素质
通过对《冲压工艺与模具设计》课程实施项目化教学，可使学生自我去探索新知识与新技能的能力得到提高，进一步达到理论与实践较好的结合，磨练了他们持之以恒的毅力与恒心。同时，在做项目的过程当中学生还学会了如何与他人沟通与协作，综合素质得到了全面提高。
3.3使学生体验到了成就感
学生在做项目的过程当中不辞辛苦直至最后完成设计，这有效地提高了他们分析问题、解决问题的能力，挖掘出他们的潜能，使学生不但体验到了成功的辛苦，而且也体验到了辛苦当中的乐趣，从而使他们对于取得成就的满足感有了较深的体会。
3.4使学生体会到工作岗位
通过对《冲压工艺与模具设计》课程实施项目化教学可以使学生将理论知识与工作技能更好地融为一体，培养了他们对于日后工作的责任心、细心以及耐心，使学生的工作态度与工程意识在校期间就得到了培训，为日后到工厂去工作打下基础。
4结语
1.1现状分析
针对试制及小批量制件，根据现有生产装备，冲压件下料方面常采用剪机和数控等离子切割的方法来实现，但小件下料存在以下缺点：（1）剪机剪切的工件因为太小，由于存在安全隐患，后续无法冲角，只能通过手工方法处理，效率低，粉尘污染大。（2）数控等离子切割小件对设备损耗大，工件容易掉到篦子下，飞溅黏贴在工件表面，需打磨处理，外观质量差。
1.2冲压件下料工艺方法改进
针对上述问题，根据现有工艺装备，对于冲压小件下料采用200t压力机模具落料为最佳方案，模具落料具有效率高、工件质量好、成本低的优点，可实现冲压件批量生产的任务。
2落料模具设计
2.1落料件的确定
通过对32m3罐式集装箱冲压件进行分析，根据板厚、大小、材质确定其冲裁力，将可采用模具落料的工件进行梳理统计，厚度从2.5~4mm，长宽在20~60mm，共计7种。
2.2模具设计
2.2.1模具结构
该模具主要有上模板、下模板、凸模镶块、凹模镶块、卸料版、聚氨酯弹性卸料块、导柱、导套等组成。
2.2.2凸、凹模镶块设计
采用落料形式，凹模刃口尺寸为基准件，应首先计算。根据刃口的磨损规律，凹模刃口尺寸应靠近落料件的最小尺寸。同时为了确保压力机和模具正常、平衡的工作，模具的压力中心（冲裁时的和一座用电或多工序模各工序冲压力的合力作用点）应尽力与压力机中心重合。凸、凹模间隙（凸模与凹模工作部分冲裁方向投影尺寸之差）直接影响其使用寿命和制件质量，所以间隙的确定尤为重要，参照美国ASTME工具和加工工程师协会确定的间隙分类及使用经验，采取间隙（6~8）%（tt为料厚）。同时凸、凹模镶块的材质、加工制造精度、热处理等也影响其寿命。
2.2.3模具设计
针对本方案设计多套凸、凹模镶块使用在同套模体上，即通过在1副模具上通过更换凸、凹模镶块、卸料板，来实现多种制件的落料工序，缩短模具制造周期、节约制造成本。凸、凹模镶块的高度、固定部位需统一，中心一致，达到互换性。模具的闭合高度H0（指上模板在最低的工作位置时，下模板的地面到上模板的顶面的距离）与压力机闭合高度H（指滑块在下死点时，工作台面到滑块下端面的距离），压力机有最大闭合高度Hmzx和最小闭合高度Hmin之分，设计模具时，模具闭合高度H0的数值。
3结束语
关键词：冲压工艺及模具；科研；教学质量
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）08-0036-02
河南科技大学（原洛阳工学院，下同。）材料科学与工程学科始建于1958年，是原机械部重点学科、河南省第一层次重点学科。1983年开始招收硕士研究生，1986年获得硕士学位授予权；1990年与西安交通大学、北京科技大学等高校联合培养博士研究生。冲压工艺及模具课程是材料加工专业一门十分重要的必修专业课。河南科技大学将冲压工艺及模具作为一门独立而又完整的课程最早是由金属压力加工专业提出的。在全国高等学校材料成形及控制工程本科专业指导性培养计划中，冲压工艺及模具始终是作为一门必不可少的专业技术课。河南科技大学从1976年开始为金属压力加工（锻压）专业开出此课，后逐渐拓展到模具类专业方向（本科），课程名称由冲压工艺学发展到现在的冲压工艺及模具，至今已有三十多年的历史。冲压工艺及模具课程授课的模具和塑性成形专业本科生每年100多人，其中4个是模具专业班，1个是塑性成形专业班。通过不断的教学实践和传、帮、带，已逐步建设了一支具有较高教学、学术水平的师资队伍，对课程性质的认识和课程内容的改革也已经达到了一个较高的深度，形成了鲜明的特色。冲压工艺及模具课程2009 年被评为学校精品课程，任课教师以科研促教学，提高冲压工艺及模具课程教育质量。冲压工艺及模具课程依据洛阳独特的产学研基地，在人才培养模式上锐意改革，建立了产学研一体的人才培养体系。以科研促教学推动课程群建设，构建了多层次的具有国际交流能力的培养体系[1-5]，在复合型人才培养模式的探索和实践方面取得了一定成效。
一、科研促进专业培养体系的完善
通过科研实践活动，模具和塑性专业的冲压工艺及模具课程办出了特色，专业培养体系不断完善。从单一的中文教学到双语教学，模具专业冲压工艺及模具A、56学时，塑形成形专业冲压工艺及模具B、48学时，采用双语教学，教学方法和手段采用多媒体教学，有力地促进了教学效果和教学质量的提高。
冲压工艺及模具课堂教学主要讲授：（1）冲压基本工序：冲裁、弯曲、拉深、胀形与翻边。（2）板料的冲压成形性能及成形极限。（3）冲模结构与设计。（4）冲压工艺设计：编制冲压工艺过程的主要内容和步骤，冲压件工艺过程方案编制实例。冲压工艺及模具课程针对所授内容，布置相应的思考题和作业，促进教学内容的理解和掌握。
实践教学主要包括：（1）1周的认识实习，4周的生产实习。生产实习是专业教学计划中的重要组成部分，它为实现专业培养目标起着重要作用；也是毕业后参加实际工作的一次预演。生产实习是学生获得专业知识的重要环节之一。得天独厚的洛阳地域和行业环境为学校开展实习提供了广阔的空间，具有中国一拖集团、洛阳LYC轴承、中信重工、中铝洛阳铜业等一批在行业中占据龙头地位的国家特大型和大型企业。（2）进行4 个具
有典型意义的冲压工艺及模具实验：冲裁实验、拉深实验、板材的冲压成形极限实验和冲模拆装实验。（3）3周的课程设计，选择生产中的零件作为设计内容，让学生从原材料板材开始到零件的整个过程进行设计：分析冲压件的工艺性；确定冲压件的最佳工艺方案；确定冲压模具的结构形式；选择合理的冲压设备；绘制冲压模具零件和冲压模具装配图；编写冲压工艺文件和设计计算说明书。
科研与教学相结合，使教师把在科研中获得的新知识和新成果转化到教学内容中，形成了理论水平高、实用性强、特色鲜明的日常课堂教学内容。教学内容强调了塑性成形原理及其与各类冲压工序之间的关系。通过认识实习，冲压实验、生产实习，冲压课程设计，学生能初步分析各类冲压成形的变形规律，认识典型冲压成形工艺方法、模具结构，掌握冲压工艺与模具设计方法、冲压模具制造工艺编制方法。
毕业设计是学生对大学四年所学知识的综合运用，可以获得理论知识转化成科研的能力。经过毕业设计，学生的知识变得更加系统，并且让学生学会了综合运用课程知识、查阅资料、设计计算等许多在工作中有用的东西，也提高了学生分析问题和解决问题的能力。塑性和模具专业的教师还经常邀请一些企业高工指导毕业设计，使学生学到生产实践中最实际的内容。模具和塑性专业本科毕业设计研究方向，与冲压工艺及模具相关的占30%左右。如2008年至2013年，毕业设计每年冲压工艺及模具选题人数分别为43，37，51，32，34，50人，每年模具和塑性专业相应的总人数分别为138，134，135，106，121，160人，毕业设计选择冲压工艺及模具方向的比例分别为31.2%，27.6%，37.8%，30.2%，28.1%，35%，远高于挤压工艺及模具、锻造工艺及模具、塑料成型工艺及模具、超塑成形工艺及模具等所占比例。如拖拉机油箱拉深成形工艺分析及模具设计， 后壁板拉深成形工艺分析及数值模拟研究等等。
材料学院对毕业论文有严格的程序要求：指导教师下达任务书、学生写开题报告，学校督导检查组在毕业设计期间不定时抽查。指导教师之间互相审阅学生的论文，给出定量评价。论文格式审核员对每篇论文进行审查。模具和塑性专业教师对毕业生论文（设计）进行量化综合评定：优秀、良好、中等、及格和不及格。评为不及格的毕业论文（设计）推迟毕业，与下一届学生一起再次进行毕业设计。
二、科研促进教材建设
为了保持冲压工艺及模具课程的国内领先水平，适应双语教学的需要，课程选用国内外最新的同类课程教材，如：华南理工大学夏琴香教授编著的《Stamping Forming Technology and Die Design》双语教材，国外John A.Waller编著的《Press Tools and Presswork》。在引进教材的同时，学院教师积极编写进教材。塑性和模具专业的教师在科研中不断探索与创新，并将其科研成果编写进教材中。早在2002 年，苏娟华教授参编了由机械工业出版社出版的《冷冲模设计及制造》教材， 并在上海电机技术高等专科学校、成都航空职业技术学院、天津理工学院、哈尔滨理工大学、包头职业技术学院等多所职业技术学院使用，取得了良好的社会效益。2004年陈拂晓教授参与编著《超塑性应用技术》，由机械工业出版社出版。2007年马老师参编了由机械工业出版社出版的《锻压手册》（第3版）。2008年杨永顺教授和郭俊卿博士主编出版全国规划教材《塑料成型工艺与模具设计》，由哈尔滨工业大学出版社出版。2009年张彦敏博士主编教材《有限元数值模拟在金属塑性成形中的应用》，由化学工业出版社出版。
三、科研提高教师的综合水平
学院长期重视科研工作，学科建设基础好。目前材料科学与工程已获一级博士学位授权学科点。曾荣获国家级材料成型与控制工程特色专业、国家级材料成型及控制工程教学团队。塑性和模具专业有17名教师，具有博士学位的教师11人，分别毕业于北京科技大学，上海交通大学、西北工业大学、西安交通大学、北京航空航天大学、华中科技大学等。他们承担了多项国家级和省部级的科研项目，先进的科研究成果充实、融入到教学的各个环节，促进了教学改革。陈拂晓教授主持国家级精品课程“金属材料成形基础”，同时主持河南科技大学教改课题“材料成型及控制工程专业人才培养模式的综合研究与实践”。苏娟华教授主持河南科技大学教学教改基金项目“冲压工艺及模具课程双语教学探讨与实践”；河南科技大学精品课程项目“冲压工艺及模具”；参加河南省高等学校双语教学示范课程项目。宋志真副教授主持河南科技大学教学教改项目“塑性成形专业课程设计教学基础研究与实践”。
四、科研促进学生创新实践活动
教师的科研工作有力地带动了学生的课外科技活动，提高了学生的科技创新能力。河南科技大学十分重视学生科技活动， 每年都要组织一次大学生研究训练计划（SRTP）项目的评审。冲压工艺及模具精品课程一贯注重同学开展课外科研活动， 申请多项大学生研究训练计划（SRTP），取得了丰硕成果。2009年张彦敏博士指导了大学生沈丽的“基于VB的专业课程设计系统制
作”； 2012年杨正海博士指导了大学生杨晓倩的“塑性
变形工艺对铜基粉末冶金载流摩擦材料性能的影响”；宛琼老师指导大学生赵运运“的点焊拼接板拼对线受拉剪作用的实验与模拟研究”。
冲压工艺及模具课程在30多年的办学历程中，主动适应国家经济建设和社会发展需要，充分发挥地域和行业办学优势，体现教学和科研相结合的特点，不断提升教学水平，形成了具有双语教学特色的本科教育培养体系，提高了冲压工艺及模具课程教育质量。
参考文献：
[1]桂萍.以科研促教学不断提高教育质量[J].中国农业教 育，2005，（4）.
[2]黄海午.精品课程建设与教学改革探索[J].高教论坛， 2011，（12）.
[3]苏娟华.双语教学在冲压工艺及模具课程中的实践[J]. 高教论坛，2009，（4）.
关键词：笔记本电脑外壳，冲压工艺，拉伸模，修边模
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
论文构成
(1)选题背景和研究方法和。
(2)冲压工艺规程通过对工件的工艺分析和工艺计算，考虑经济性和可行性的前提下，确定工艺方案。
(3)进行模具设计拉深模设计和修边模设计。
(4)设计总结总结本次设计之后所得到的收获和改进意见。
金属镁及其合金是迄今在工程应用的最轻的结构材料，常规镁合金比铝合金轻30%~50%，比钢铁轻70%以上，应用在工程中可大大减轻结构件质量。同时镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性好，机械加工方便，尤其易于回收利用，具有环保特性。20世纪80年代以来镁合金的研究得到飞速发展，随着镁合金应用面的不断扩大镁合金的研究和开发也进入了新时代。然而镁合金的研究和发展还很不充分，很多工作还处于摸索阶段，很多有关镁合金性能的研究还没有得到完全发展。对镁合金的成型技术的研究目前主要在金属型铸造，砂型铸造，低压铸造，差压铸造，熔模铸造，压力铸造和技压铸造等方面，对镁合金的冲压工艺研究较少。但是，镁合金冲压方面的应用前景较好，除了可以减轻质量，外观漂亮外，特别是电磁屏蔽能力好。
本文结合省自然科学基金项目—镁合金深加工研究，主要进行变形镁合金的板材成型性分析设计。
镁合金在常温下的塑性很低，因此不适于常温下冲压成形。镁合金在热态下具有较好的塑性，甚至在一些不利于其他材料成形的应力-应变状态下也可以成形，但变形速度不宜太大。镁合金板材在250℃左右拉深时其拉深比超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极限。在175℃镁合金板形件拉深的拉深比可达2.0，225℃可达3.0。
本次设计主要是根据镁合金AZ31板材加热时的拉深性能来进行模具设计，镁合金AZ31板材拉深成形时主要工艺参数有拉深力、成形速度、坯料温度、模具预热温度、方式、模具圆角、模具间隙、压边力等，这些因素对坯料的拉深成形结果均有不同程度的影响。
目录
1绪论……………………………….…………………………………………….…1
1.1选题背景及目的…………………………………….……..…………………1
1.2国内外研究状况…………………………………….………………………..1
1.3课题研究方法………………………………….……………………………..2
1.4论文构成………………………………….…………...……………………...2
2冲压工艺规程的编制………………………………….……………………..3
2.1冲压件的工艺分析…………………………………………………………3
2.1.1材料………………………………………………………………….4
2.1.2结构工艺性分析……………………………………………………5
2.2毛坯形状、尺寸的确定……………………………………………………6
2.2.1盒形件的修边余量………………………………….………………6
2.2.2盒形件毛坯尺寸计算……………………………………………….7
2.3排样设计及材料利用率计算……….………………………………….…..8
2.3.1排样方式……………….………………….………………………...8
2.3.2材料利用率计算……….…………………………………………...9
2.4确定工艺方案……………………………………………………………….9
2.4.1基本工序的确定………………………………….…………………9
2.4.2不同工艺方案的比较……………………………………………….9
2.5工艺计算……………………………………………………………………10
2.5.1落料工序…………………………………………………………...10
2.5.2拉深工序…………………………………………………………...11
2.5.3冲孔工序……………………………………………………………12
2.5.4修边工序……………………………………………………………13
2.6冲压工艺过程卡片………………………………………………………...14
3拉深模设计……………………………………….…………………………..17
3.1模具的结构形式……………………………………….………………….17
3.2模具刃口尺寸计算…………………………………….…………………18
3.2.1上下模刃口尺寸计算…………………….……………………….18
3.2.2压力中心计算……………………………………………………..19
3.3零件设计及标准件选择…………………………………………………..19
3.3.1凸模的设计…………………………..……………………………19
3.3.2凹模的设计…………………………………..….………………….21
3.3.3定位板的计………………………………...……………………...21
3.3.4弹性压圈的设计…………………………...………………………21
3.3.5拉深筋的设计……………………………………………………….22
3.3.6上下模座、导柱导套的设计…………………….……………….22
3.3.7出件装置的设计…………………………………………………..22
3.4模具闭合高度的计算……………………………………………………...23
3.5绘制装配图及零件图……………………………….……………………..23
3.6压力机校核………………………………………….……………………..23
4修边模设计……………………………………….…………………………...24
4.1模具的结构形式………………………………………..…………………24
4.2压力中心计算…………………………………….……………………….25
4.3零件设计及标准件选择…………………………….………………………25
4.3.1斜楔和滑块的设计………………………………………………..25
4.3.2滑块返回行程的复位机构………………….…………………….27
4.3.3出件装置的设计……………………………….…………………..27
4.3.4上模座的设计……………………………………………………...28
4.3.5下模座的设计………………………………………………………28
4.3.6压料板的设计………………………………………………………28
4.3.7防磨板的设计…………………………….….…………………….29
4.3.8导板的设计………………………………….………………………29
4.4模具闭合高度的计算…………………………………………………….…29
4.5装配图及零件图的绘制………………………………………………….….30
4.6压力机校核…………………………………………………………………..30
设计总结…………………………………………………………………………31
【论文摘要】：针对汽车覆盖件冲压的有限元模拟方面的具体问题进行了研究，采用弹塑性有限元的数值模拟及试验研究的方法，对汽车覆盖件拉延过程中的成形进行了研究。针对拉延模拟结果进行应力应变分析，寻找工艺参数的优化方案，改进的工艺方案使破裂情况明显改善。
由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状等一系列优点，在机械行业的应用非常广泛，占有十分重要的地位[1]。但是冲压模具的设计主要依据工程师长期积累的经验。对于复杂的成形工艺和模具，设计质量难以得到保证;一些关键性的设计参数要在模具制造出来之后，通过反复的调试、修改才能确定。这样就浪费了大量的人力、物力和时问[2-3]。随着有限元技术和计算机技术的发展，数值模拟已逐渐成为工艺分析及优化设计的有效工具。
1. 有限元模型的建立和参数设定
一般汽车覆盖件工艺设计流程具体分析如下: (1) 根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。其中包括利用计算机进行的工艺补充面三维设计。(2) 在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工装投入。(3) 利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。(4) 模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品。
选用某轿车内部地板零件产品图，此零件是一个比较复杂的中小型车身结构件。由于零件拉延深度深，并且具有局部反拉延，因此成形过程估计会出现问题，为了验证问题所在我们利用CAE软件进行模拟成形计算。对于复杂冲压零件的成形过程，不但同一时刻不同位置的板坯所承受的变形方式和变形程度不同，而且不同时刻同一位置的板坯所承受的变形方式和变形程度也不同;另外，冲压工艺边界条件的设定对变形路径和各部分的变形程度的影响也非常明显。
一般划分网格时，首先建立一个拓扑结构模型。这一步骤是连接分离的型面，使你可以在网格划分的时候得到连续的网格(两个相连的元素在分界线之问共同享用相同的节点)。系统能通过你所定义的公差自动辨认普通表面之问的分界线，以建立我们所说的拓扑模型。建立好拓扑结构以后，应定义网格划分的参数，并进行网格的自动划分。一般情况下要求用户最少确定四个参数，包括最小元素大小，最大元素大小，两个相连的元素之问的法向夹角，网格的弦高。最小元素的大小影响着网格划分中最小元素的尺寸。当模型的型面比较平坦时它最大元素的大小则受最大元素参数的影响。两个相连的元素之问的法向夹角所起的作用是规定了两个相连元素之问的最大法向夹角，即当两个元素的夹角大于用户给定的值时，这两个元素会分裂为更多的元素，故它影响着倒角和小圆角部分的网格密度，它的值越小网格则越密。例如:一般我们在划分模具网格时，它的拉延圆角最好有五行元素，这时调整法向夹角的参数就可以达到目的。弦高的大小则影响着大网格半径表面上的网格密度，它的值越大，则网格越少。在汽车覆盖件模拟中，板料数据一般都是曲线，因此板料的网格划分与模具的划分不一样。 转贴于
根据实际需要确定板料特性，应力应变关系=537(0.0102+)0.23MPa，法向各项异性系数为1.8。其他参数如下:扬氏模量2.07E+5 MPa;屈服极限210 MPa;泊松比0.28;板材厚度0.8mm;板料质量密度7.83E-9;r0=1.87， r45=1.27，r90=2.17。由于摩擦系数必须有实验得出，特别是几种常用材料在工业生产中的实际摩擦系数。考虑到汽车覆盖件生产厂家和模具生产厂家的实际，一般不考虑使用油，在拉延前要使用清洁防锈油清理兼。因此我们必须通过试验来得出在几种不同条件下的摩擦系数，例如干摩擦和加清洁防锈油后的摩擦。还有就是拉延筋的拉延阻力在不同形状拉延筋情况下的取值。测定为此我们设计了覆盖件模具的摩擦系数和实际拉延筋拉延阻力的测定的试验，详细试验结果在第六章中。摩擦系数根据测量结果给定0.175 ，拉延筋选取单圆筋，拉延阻力为0.178KN/mm。
2. 汽车覆盖件冲压的有限元模拟结果分析
经过计算后，板料的FLD如图2所示。在FLD图中，红色表示破裂，粉红色表示起皱，而在应变云图中红色表示正应变，深蓝表示副应变。从FLD图中我们可以看出四处破裂，分别是大鼓包处，凹坑底部，最下方的小鼓包处，右上方的直壁处。通过主应变和次应变云图可以看出在突起的鼓包顶端处为双向拉应变发生破裂，并目_从板料轮廓的变化发现在有拉延筋的地方板料儿乎没有流动，形成过度胀形，凹坑底部破裂处也同样出现胀形过度问题。而模具拉延直壁处的破裂却是不同形式的，该处的主应变为拉应变，次应变为压应变，为明显的拉深破裂状态。之所以只有这个直壁角破裂是因为这个角离大鼓包最近，并且通过成形过程的模拟我们发现这个直角壁首先成形，从而在凹坑成形前破裂。其它四个角由于拉延高度低并且没有复杂的凸凹变形，都有足够的板料流动量，板料的流动情况良好，所以没有破裂。
3. 汽车覆盖件冲压工艺改进方案
在去掉拉延筋，变化压边力后还是无法缓解，于是决定改变模型，我们把拉延直壁消除降低了模具拉延高度;把型面中那一个接近大直角型面过渡改为一个小缓坡，减缓了陡峭程度;由于模具进料困难，所以去掉拉延筋，然后设定压边力为400KN，摩擦系数为0.12，进行模拟后如图4所示。可以看出与未改前的情况有很大的不同，破裂情况明显改善，尤其是右上角直壁处的破裂变得很小，这是由于降低了它的拉延高度。
4. 结论
世界上每年的钢材有半数以上被轧制成板料和管料。金属板、管的成形和加工在航空、航天、汽车、船舶及许多民用工业中都占有相当重的比例。因此，提高相应的成形技术和制造水平是一个具有普遍意义的大课题。因此，文章在汽车覆盖件数值模拟和试验研究的基础上，采用有限元的数值模拟及试验研究的方法，对汽车覆盖件拉延过程中的成形进行了数值模拟和试验研究。
参考文献
[1] 李东升， 黄小明， 胡世光. 汽车覆盖件拉延筋的单元模拟试验研究[D]. 北京航空航天大学学报，1995.21(2):67-71.
