液压加载万能摩擦磨损试验机设计

（输入章及标题）I本科毕业设计（论文）液压加载万能摩擦磨损试验机学 院 机械工程学院年级专业 学生姓名 指导教师 答辩日期 毕业设计(论文)任务书学院：机械工程学院 系级教学单位：机械工程系 学号学生姓名题 目 液压加载万能摩擦磨损试验机课题 来 源 自选主 要 内 容设计要求：摩擦盘直径100mm，可实现盘-盘、盘-销、球-盘、环-环摩擦测试；摩擦副间压力调节范围 50-2000N；摩擦线速度5m/s；可实现压力、摩擦力扭矩和温度在线测量及数据处理；摩擦球和摩擦盘可以方便更换。1、总体结构设计2、加载系统设计3、液压系统设计4、主轴传动及夹紧机构设计5、主要零件设计基 本 要 求 1、独立完成规定的任务，折合 A0 图至少两张；2、设计说明书 2 万字以上，分析、计算准确详尽，格式符合“毕业设计撰写规范” ；3、参考文献 15 篇以上（其中学术期刊类参考文献不少于 8 篇，中文文献 10篇以上，外文文献 5 篇以上） ；4、翻译外文资料一篇。参考资料1、机械设计手册2、机床设计手册3、 摩擦学理论与设计4、 数控机床5、 液压机构及其组合6、 液压伺服控制系统7、 毕业论文撰写规范8、科技期刊上发表的相关研究方向的论文9、其他相关资料周 次 1-4 周 5-10 周 11-14 周 15-16 周应完成的内容查阅资料，外文翻译；方案讨论；确定进度计划；完成开题。总装设计；主轴传动及夹紧机构设计；完成中期考核。加载系统设计；液压系统设计；主要零件设计。撰写说明书；答辩准备。指导教师： 系级教学单位审批：说明：如计算机输入，标题黑体小三号字，内容五号字。本任务书一式二份，教师、学生各执一份。摘 要提供一种制备球-盘摩擦磨损试验机(pin-on-disk wear tester)的方法，用以测试硬质薄膜的摩擦学性能。此试验机提供的数据有：摩擦因数f，磨损量Wv和比磨损率 Wr。首先深入研究球 -盘磨损试验机的工作原理，确定其工作原理是通过荷重传感器的A-D转换，将摩擦力的模拟信号转变为电压数字信号，输入计算机或者X-Y记录仪。然后与事先标定好的电压值对比，得到测试过程中的摩擦力。传感器的标定方法为：用已知载荷对传感器施加拉力，传感器将其转变成电压值，绘出电压U- 拉力F关系曲线，将其用直线拟合。同时提供了数据处理的方法，并利用此试验机测试了多弧离子镀TiN薄膜以及磁控溅射非晶碳膜的摩擦学性能，得到摩擦因数曲线和磨痕形貌。最后对此试验机的缺点进行了分析。关键词：球-盘磨损试验机；荷重传感器；AD转换；硬质薄膜AbstractA pin-on-disk wear tester is designed to evaluate the tribological properties of thin hard filmsCoefficient of friction f，wear volume Wv and wear rate Wr can be achieved with the testerThe mechanism is： analogy signal of friction is converted to computer or X-Y recorder input digital signal by load sensor(A-D conversion)， then the digital signal is compared with the calibrated results， finally the real friction is gotThe calibration method is：apply the known load to sensor，measure the corresponding voltage and the Voltage U-Load F curve is obtainedThe coefficient of friction f and wear track of TiN coating by multi-arc coating and amorphous carbon films by ion beam assisted deposition are measured by this machineFinally, the drawbacks of the tester are analyzedKey words：ball-on-disk wear tester；load sensor；AD convert；hard coating0目 录摘 要 .Abstract第一章 绪论 .11.1 课题背景.11.2 摩擦磨损试验机的发展趋势.1第二章 C301 B 柱外板工艺分析 .32.1 C301 B 柱外板简介 32.2 C301 B 柱外板工艺分析 42. 2.1 C301 B 柱外板工艺流程 42. 2.2 辊压工艺 .52. 2.3 C301 B 柱外板工艺分析 62. 3 本章小结 .9第三章 模具设计制造流程 .113. 1 获得产品数模 .113. 2 弯曲展开方法 .113. 3 获得辊压件数模 .133. 4 确定切边线 .143. 5 确定模具最初设计精度 .153. 6 模具零件设计 .163. 7 模具零件加工 .163. 8 模具装配和调试 .183. 9 交付客户 .193. 10 本章小结 .19第四章 切边模具设计 .2014. 1 切边工艺分析 .204. 2 建模 .214. 2.1 凹模的设计 .214. 2.2 凸模的设计 .234. 2.3 凸、凹模间隙的设计 .264. 2.4 冲裁力及弹簧的选定 .284. 2.5 压料板的设计 .294. 2.6 导向装置的设计 .304. 2.7 上、下模板的设计 .304. 2.8 导柱导套组件的选择 .314. 3 压力机的选择 .324. 4 三维数模 334. 5 模具材料 334. 5.1 模具材料简介 334. 5.2 模具材料性能 344. 5.3 模具材料热处理 354. 6 CAD 制图 .374. 6.1 切边模装配图 374. 6.2 切边模零件图 414. 7 本章小结 .42第五章 成型模具设计 .435. 1 成型模具工艺分析 435. 2 建模 445. 2.1 凸模的设计 445. 2.2 斜楔的设计 455. 2.3 压料板的设计 485. 2.4 限位柱的设计 485. 2.5 预弯力及弹簧的选定 4825. 2.6 凹模及侧定位的设计 505. 2.7 上、下模板的设计 505. 2.8 导柱导套组件的选择 515. 3 压力机的选择 515.4 三维数模 .525. 5 CAD 制图 .525. 5.1 成型模装配图 525. 5.2 成型模零件图 555. 6 本章小结 58结束语 .59参考文献 .61致谢 .62附录 1 开题报告 63附录 2 参考文献 71附录 3 中文译文 79附录 4 外文文献 97第二章 C301 B柱外板工艺分析3第一章 绪 论1.1 课题背景摩擦磨损时材料的三种主要失效形式之一，它所造成的经济损失是十分巨大的。全世界大约有 1/31/2 的一次性能源消耗在摩擦磨损上。机械设备中零部件的摩擦磨损性能是由材料、工作状态、接触方式和环境条件等因素决定的。摩擦磨损试验机是一种对材料及润滑剂在给定的条件下进行摩擦与磨损性能试验的试验机。摩擦磨损试验机有多种分类方式，例如载荷范围、摩擦运动方式、摩擦副等。据统计大概有 200 多种，可以按不同方法进行分类。最具有代表性的是前苏联按模拟摩擦面的破坏形式将摩擦磨损试验机分类。早期的摩擦磨损试验机是通过纯粹的机械搭建起来的机器。他通过电机带动摩擦副往复运动来评定被测材料和油脂的特性。被测材料或油脂经过试验机的磨损后需要人为的取出然后做进一步的称重，表面纹理的观测等，再经过手动计算测出材料的特性。这种实验机仅仅能进行简单的静力加载，而且实验温度和电机扭矩等参量都没有一个准确的标准，很难与实际情况相适应。因为多少材料在实际应用中的磨损所受的压力都为变力。进入 90 年代后，摩擦磨损试验机的构造逐渐完善，并且开始引入初级的测控系统。由于这些试验机在检测性能和自动化程度方面存在许多不足，有些试验机只能实现单参数控制，且大量数据处理和运算结果需要由人工来完成，已经不适应时代发展的要求。近十年来随着工程实际对材料性能的准确性要求越来越高，随着现代自动化测试技术和虚拟仪器迅速发展，以及计算机技术在控制、测量和数据分析等方面的应用，因此摩擦磨损试验机的测控系统得到了飞速发展。目前应用的摩擦磨损试验机已经实现的闭环自动化控制，可以按照给定程序自动进行连续的压力加载，同时通过各种传感器与调理电路直接及 CUP 的运算直接直观的给出材料的各种性能，更加智能化。例如电磁加载、液压加载等技术配合相应软件的使用可以实现对样品的恒力模式、线性增量模式等任意动态模式加载。动态加载技术的应用不但可以实现对复杂工况更真实的模拟，而且可以消除高速燕山大学本科生毕业设计（论文）4运转下传统机械加载带来的误差。目前有许多摩擦磨损试验机利用 LabVIEW 平台来进行开发。利用虚拟仪器开发平台 LabVIEW 开发的多功能摩擦磨损试验机智能测控系统以工控机为核心，集数据采集、数据处理、波形显示和试验环境控制为一体，实现了温度、速度、压力、力矩和摩擦系数的实时检测。利用 I abVIEW 内嵌的 C 语言子程序使系统具有灵活而又强大的数据处理能力。虽然目前摩擦磨损试验机发展已经得到了很大发展，但是在某些领域仍然有待提高。例如在航空航天机械内部的摩擦是真空状态极限温度下的高负荷工作，如何能够贴近于现实的模拟这类恶劣的工作环境进行摩擦磨损试验仍然是一个难题。虽然目前国内对此也有一些特种摩擦磨损试验机的问世，但这些目前还无法形成商用，而且处于摸索阶段。1.2 摩擦磨损试验机的发展趋势笔者认为未来的摩擦磨损试验机会向以下几个方向发展：（1）使用高性能的机械系统和加载系统。高调速比、高稳定性并可实现无级调速的变频电机、伺服电机等高性能电机的使用将使试验机的机械结构大大简化，而且还能降低试验机的摩擦损耗，提高整机的寿命和可靠性。高性能电机配合相应机械机构还能实现直线运动、旋转运动、往复振动等多种运动方式。 （2）高精度测控系统、数据处理系统的应用。通过各种高精度传感器和控制器，可实现多种信号实时原位动态采集，并可通过闭环反馈调节系统，动态设定摩擦试验机的工作方式和运行参数。计算机工作站等将引入摩擦测试系统中，实现试验数据的自动采集、处理，并可对摩擦系数、转矩、速度、行程等关键参量自动数值计算，实现相关数据的动态显示、存储和打印。 （3）试验系统的多样化。在未来发展的摩擦磨损试验机中会出现多功能融合的实验设备，即可以进行油脂的评定同时也可以进行材料的磨损试验。第二章 C301 B柱外板工艺分析5第二章 C301 B 柱外板工艺分析2.1 C301 B 柱外板简介A 柱B 柱C 柱燕山大学本科生毕业设计（论文）6图 2- 1 奔腾 B 70图2-1是一轿生产的奔腾 B 70轿车2009款，民族自主品牌。奔腾 B 70属 B 级车类，系马自达6血统。值得注意的是该车相当部分配置为 C 级车标配，于是可有买 B 级车，而坐享 C 级车。奔腾 B 70有很优秀的性价比，竞争优势明显，同时它也是政府指定采购的公务员乘用车。可以看出，一汽奔腾轿车有广阔的发展前景。C301为其生产代号，图中车窗框被标出的部分为 B 柱饰板，由外板和内板组成，可起到加强作用，内板立筋处设有密封橡胶条的卡位。多年的发展过程中，汽车强国的车身设计逐步形成各自的特点，而车门结构特征最能体现车身个性的差异，由于 B 柱饰板是车门窗框的重要部件，因此其设计和制造在轿车覆盖件中也占有一席之地。B 柱外板为外观件，属汽车零配件中的 A 类件，表面质量要求较高。通过实习，我总结了 C 301 B 柱外板产品的多个特点，如下：、较高的表面质量；、较高的尺寸精度，能适应流水线装配；、截面是形状复杂的薄板类零件；、产品外形为流线型，为多角度多方向三维曲面；、曲率半径较大，回弹现象明显；、产品工艺复杂，生产需多次转序；、要求重要的工装设备有较强的通用性，能适应同系列新产品；、大批量高效生产。第二章 C301 B柱外板工艺分析7该类 B 柱随门而动，除较高的表面要求还有一定的强度要求，这主要是通过复杂的截面形状和增加加内板结构来实现；车窗密封性要求较高，其与密封橡胶条的装配要求有很好的一致性，否则其密封性就不能保证。C301 B 柱饰板总成的数模如图2-2 ：图 2 - 2 C301 B 柱饰板总成2.2 C301 B 柱外板工艺分析2.2.1 C301 B 柱外板工艺流程：辊压 滚点焊 辊弯 切断 锯切端头 切尾部大边 冲孔 切头部大边 翻边90 头部整形 翻边135 合板（成型包边） 。外板的工艺流程中辊压和辊弯是关键工艺，见图2-3。2.2.2 辊压工艺B柱饰板总成燕山大学本科生毕业设计（论文）8图 2 - 3 辊压和辊弯辊压工艺是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断进行横向弯曲，从而制成特定断面型材的工艺技术；辊弯成型法也是通过顺序配置的多道次成型轧辊，使板带进行纵向弯曲，从而能使工件形状更加复杂。其生产工艺流程如下：开卷 对接 校平 辊式辊压成型 校直 (滚点焊) 切断 出料 码垛。图 2-3 是辊压和辊弯的生产线，辊压工艺继承了轧钢工艺的连续化和紧凑化生产的特点，因而呈现出节材、节能、高效等特点，是一种先进适用的板金属成型工艺，该技术目前已经得到广泛应用。我在车间实习已有半年的时日，然而在辊压技术方面并没有实质性进步，原因主要有两个：一方面是该项技术确实是比较复杂的先进技术，而自己的业余时间十分有限；另一方面是国内外技术资料都比较匮乏，辊压成型技术本身具有的特点和规律尚未被人们完全掌握和认识，生产现场的工程技术人员经常需要进行探索和利用试错法解决工程问题，该工艺的过程控制等尚未上升为科学。可以说，辊压成型工艺是一种“未掌握的艺术” ，这将是我今后工作中学习和研究的一个重点。本次毕业设计的课题内容仅为整套工艺流程中的冲压工艺部分的几道工序，因此辊压工艺不再过多的讨论。课题C301 B 柱冲压成型模具设计直接拿辊压而来的合格型材当做冲模设计的原始材料，几套模具的设计过程仅压缩在冲模设计的范畴内，不再谈及辊压工艺。辊压得到的型材见图 2- 4，由辊压和辊弯而成，该曲面存在四个方向的弯曲，且每一部分弯曲还是变曲率的，曲面形状尤为复杂。第二章 C301 B柱外板工艺分析9图 2- 4 辊压得到的型材2.2.3 C301 B 柱外板工艺分析曲面2.2.3.1 材料性能指标材料：SPCC(一 般 用 冷 轧 碳 钢 薄 板 及 带 )材料尺寸：厚度 0.8mm、切断长度 740mm抗剪切强度：b = 225MPa抗拉强度 ： b = 320MPa屈服极限 ： s = 190MPa2.2.3.2 C301 B 柱外板工艺分析从图 2-5 B 柱饰板总成（其中绿色部分是 B 柱外板，棕色部分是 B 柱内板）中可以看出 B 柱外板由立筋和大面两部分组成。立筋部分截面形状较为复杂，辊压件每件都需要切断切齐，现有两种有效的切断方式：锯切和冲切。锯切可以保证立筋切断的比较齐整，但是效率较低，而且锯切大面容易变形；冲切的生产效率较高，但是立筋切断处有塌陷等变形现象，切断质量比不上锯切。经过对比决定尾部切立筋采用冲切的方式，头部切断采用锯切的形式（B 柱外板头部需要与上框部分对接焊合在一起，不允许立筋切断处有塌陷变形） 。燕山大学本科生毕业设计（论文）10图 2- 5 B 柱饰板总成大面部分由于是单层，冲裁切断容易实现，需要注意的是在冲切过程中要保证大面不变形，采取有效措施减小应力退化造成的影响。图 2- 6 C301 B 柱饰板截面图 2- 6 为 C301 B 柱饰板的截面图，内外板大面包合在一起。因此需要将外板边缘翻过 180才能实现。从图 2- 7 可以看出，由于圆角和拐角的存在，外板边缘翻过 180不是简单翻边。实际生产是由翻边 90 头部整形 翻边 135 合板 这四道序实现，课题C301 B 柱冲压成型模具设计中通过引入一个巧妙的斜楔机构，把后三道序整合到一起，三序合一，一步到位。图 2- 7 B 柱饰板尾部包边和头部包边第二章 C301 B柱外板工艺分析11根据外板成型的工艺特性和零件的几道基本工序，拟定两套工艺方案：方案一：、锯切端头、切尾部大边、冲孔、切头部大边、翻边 90、头部整形、翻边 135、合板（成型包边）方案二：、尾部切边、冲孔、切头部大边、翻边 90、合板（成型包边）方案一是现场使用的生产工艺，本次设计采用方案二 2.2.3.3 模具结构形式综合 C301 B 柱外板的表面质量、尺寸精度、生产率、经济效益以及成型工艺性等因素，所涉及到的模具均是比较简单的冲模，由于简单模有制造和装配比较简单，调试周期短，而且容易调试等诸多优点，所以几套模具采用简单模结构形式。虽然最后一道使用的成型模具加有斜楔机构，工作时由两部分动作组成，档也基本比较简单，可以划归到复合模一类。2.3 本章小结辊压工艺是一项涉及多学科的比较复杂的先进成型技术，可以看出，辊压工艺的一个重要发展方向是精度要求越来越高、型材截面越来越复杂。近些年，国内辊压成型技术取得了重大进步，已能够满足越来越多行业的新产品的需求。汽车行业是辊压成型工艺重要的应用领域，轿车门窗框的成型不但截面复杂，而且精度要求高。随着国内汽车行业的迅猛发展，新车推出速度也越来越快，这给辊压成型工艺带来前所未有的发展机遇。然燕山大学本科生毕业设计（论文）12而，由于辊压工艺仍未被完全掌握，其推出速度赶不上同步车型的推出速度，这个瓶颈是挑战，更是机遇。谁先取得突破，占领制高点，同时快速降低成本，那么他必将成为行业的领跑者。目前国内的辊压成型技术虽然取得了重要进步，但与德国和日本仍有不小的差距，仍处于摸索学习阶段。通过考察和学习，可以发现虽然传统的辊压成型工艺可以生产出大批量的不变截面的产品，但是随着市场竞争的加剧，以及节能环保的要求，需要产品能适应更多的变化，即灵活可变的柔性（目前基本上是一个口型一条生产线） 。因此，柔性辊弯成型技术已成为一个重要的发展方向。据调查，国内辊压技术处于领先地位的企业有：敏孚集团、凌云集团，以及后起之秀方华埃西姆机械有限公司。冷冲压是一种先进的金属加工方法，建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，获得所需的零件形状和尺寸。与切削加工比较，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合大量生产。因此，冲压已成为大批量零件成型生产实用工艺之一。在冲压生产过程中, 模具易出现的种种问题，如模具本身结构设计的缺陷、不能适应大批量高强度生产、模具质量缺陷造成的损坏等，它是整个冲压生产要素中最重要的因素，直接影响到生产效率和成本，影响到产品的交货周期等。谈到本次课题C301 B 柱冲压成型模具设计中所设计的两套模具，由于是牛刀初试，还存在不少问题。问题主要集中在四方面：、模具的一些零部件的尺寸大小、布置位置不是最优，这些问题在切断模中最为明显；第二套模具的设计建立在第一套基础之上，在上述方面有所改善。、螺孔位置及销孔位置布局不是最优，而且设计时选用的螺栓和销钉的一致性比较差，这给加工和模具装配带来不少麻烦，日后应该注意。、两套模具绝对坐标系的选择我觉得不是最优。、零件图的技术要求哪些该标，哪些不该标，还得要更多的结合生产实际。第二章 C301 B柱外板工艺分析13问题不仅仅是这些，相信随着工作经验的积累，会解决更多的问题，也会发现更多的问题。设计两套模具之后，发现自己以前对模具的了解只是在字面上，凭感觉、凭想象。收获是有的，在工艺和结构分析方面，自己已稍微理出点眉目，在大家的帮助和自己的努力下，相信会在短的时间里学习更多的知识。工艺基本上是学习现有的工艺，重要的是能在现有的工艺的基础上进行优化改进，这样起点高，进步快。设计时，首先解决的是设计软件的障碍（UG7.0 和 MDT 2005）,接下来遇到的最大问题是模具结构的合理性和零部件的加工工艺性，这些与模具质量的好坏直接相关，也关联着模具的成本。在确定工艺方案的同时，我了解到模具的生产加工正向规模化，连续化发展，因此很有必要对模具零部件的加工工艺性及生产成本进行深入学习。确定了工艺方案后，更多的考虑零部件的加工工艺性、互换维修性、零部件使用寿命和加工成本。比如，第一套切断模就要求其刃口能够进行多修复，以保证工件的有效性，同时可以提高模的使用寿命。第二套模具将三模合一，提高生产效率的同时还大大降低了模具成本，模具设计要尽量多的使用标准件。经验来自于实践，经验来自于生产。一个好的设计是建立在殷实的实践经验的基础上的；一个好的设计一定充分考虑了操作的便捷性，能够极大的改善工人师傅的生产环境，降低其劳动强度，一定会受到欢迎；一个好的设计会是一个环保的设计，互换性强。设计一套好用的模具会涉及多方面内容，而千里之行始于足下，随着自己工作经验的累计，就不怕自己设计不出好用的模具。燕山大学本科生毕业设计（论文）14第三章 模具设计制造流程3.1 获得产品数模目前国内的汽车车身开发设计由主机厂完成，大型覆盖件（三盖两翼）由自己生产，部分小件采取外委生产的方式。秦皇岛威卡威金属制品有限公司就是汽车零部件供应链中的厂商之一，主要是生产车窗门框，车窗门框是使用模具进行生产的。公司取得产品生产资格后，主机厂将解冻的数模发给供应商，供应商对产品的生产工艺性进行分析，对数模中不完美之处向主机厂提出修改意见，经过反复修改，最后将数模确定下来。数模确定之后，对数模进行工艺分析，确定最优的工艺方案，这项工作由模具设计部门承担。B 柱外板数模如图 3-1。3.2 弯曲展开方法该类 B 柱产品的第一道工序是辊压，辊压数模是将 B 柱数模展开获得的。展开方法取决于要成型的断面，我总结了几种数模展开的方法：方法一：定中性线长度展开用这种方法，中性线计算长度在整个成型过程中保持恒定，内半径随弯曲的不断展开而不断变化，在计算过程中要考虑材料的应变，但是在展开过程中没有考虑长度补偿，所以回弹较大，适用于弯曲直线实体。如图3-2 为定中性线长度展开原理图。图 3-1 C301 B 柱外板数模第三章 模具设计制造流程15图 3 -2 定中性线长度展开方法二：定半径展开该展开方法使用一恒定的半径，在展开过程中考虑长度补偿，长度补偿取决于计算的中性线，还需考虑材料应变，长度补偿有内侧补偿和外侧补偿两种。如果弯曲的相邻实体也要弯曲时，不能应用这种方法。图 3-3为两种定半径展开方法。内侧补偿 0，外侧补偿 100 内侧补偿 100，外侧补偿 0图 3 -3 定半径展开方法三：轨迹展开法这种方法是定半径法的一个延伸，在整个成型过程中半径保持不变，与定半径法不同的是在展开过程中，长度补偿不定，而是通过在内边腿和外边退的恒定交叉点中计算出结果。这种方法只有弯曲角居于 190之间时才可使用。如图 3- 4 所示。由于定中性线长度法不需要计算长度补偿，易于操作，且准确性可以满足B 柱类产品辊压件的要求，本次课题采用的就是这种方法。图 3-4 轨迹展开法燕山大学本科生毕业设计（论文）163.3 获得辊压件数模应用定中性线长度展开法获得辊压件，首先是要计算出中性线的长度。在板料弯曲时，外层纤维受拉，内层纤维受压，在拉伸与压缩之间存在着一个既不伸长、也不压缩的纤维层，即为应变中性层。应变中性层与横截面的交线这里称之为中性线。用图 3- 5 的方法可以得到辊压件的横截面，且认为中性层位置通过板料横截面中心，该 B 柱外板的料厚为 0.8mm，于是可以确定中性线的位置。这里中性线的位置与真实中性线位置略有差异，因为随着弯曲变形程度不断增加，应变中性层位置逐步向内移动，且变形量愈大，中性层的内移量也愈大，即应变中性层向内移动。由于应变中性层向内移动量很小，本次课题C301 B 柱冲压成型模具设计在数模展开式将其忽略，这同样可以满足工艺要求。辊压横截面和中性线如图 3-6 所示：获得中性线后，使用 UG7.0 长度测量工具可以很容易测量中性线长度。可将 B 柱外板的外侧线自然延伸所得的中性线长度，这样可以得到弯曲件展开后的一条截面线。如图 3- 7 所示：图 3 - 5图 3-6 横截面中性线图 3-7 辊压件截面线第三章 模具设计制造流程17C301 B 柱外板使用传统的辊压线生产，该传统工艺有一个特点，在辊压件大面外边缘有一个 5mm 左右的工艺边。如图 3-8 标出部分即为工艺边。该工艺边的存在可以有效的控制大面的回弹、剪断后的应力退化等问题，可以提高产品的稳定性，降低辊压线调试难度。后续的冲压过程中，该工艺边将作为废料被切掉，造成极大的原材料的浪费。低碳和绿色生产已成为机械制造业的一大发展趋势，通过技术改进，该工艺边是完全可以去掉的，目前方华埃西姆机械有限公司已掌握该项技术，并已将多条新生产线交与客户，给客户和社会等待来了可观的经济效益。用创建截面的方法可以找到可以找到数模的最大横截面，确定该横截面的辊压件截面线之后，在截面线外边缘加上 5mm 长的工艺边线，角度为45，使用 UG7.0 中沿脊线扫略命令，可得辊压件。见图 2- 4。3.4 确定切边线工件的工艺分析详见 2.2.3.2 C301 B 柱外板工艺分析，这里不再过多的论述。工艺方案确定后，需要确定切断的刃口型线。在数模上取不同的截面，使用上述定中性线长度展开法，获得中性线长度后，将 B 柱外板的外侧线自然延伸所得的中性线长度，得到弯曲件展开后的多条截面线，最后将展开线相连，略作过度修理，可得切边线。如图 3- 9 所示。图 3-8 C301 B 柱外板辊压件工艺边燕山大学本科生毕业设计（论文）18外板的顶端拐角和顶部拐角处的弯曲不是简单的直线弯曲，如图 3-10。在展开时，需在这些区域多设置一些截面，多生成一些截面线段，可使这两个区域的切边线准确一些。顶端圆角处包边的工艺调件比较差，除数模中已考虑的降低包边高度外，还可以在局部区域降低包边高度。3.5 确定模具最初设计及精度根据产品要求和产品性能，确定模具设计时的要求、公差和要关注的问题等。可以根据类似产品的生产经验，在充分考虑模具零部件的加工工艺性的基础上，进行模具最初的设计。可以说，到目前阶段模具设计工程师脑海里已经有了初步构想，模具零部件长什么样子应该有了一个初步的轮廓了。在进行模具设计之前，我参考了几套类似产品使用的模具，在此基础上提出了一些改进意见。后来考虑到实际生产的需要，觉得一些改进恐怕经受不住批量生产的考验，遂将其舍弃，只在一些定位方式和定位器结构等非关键零部件做了些改进，凸凹模、压料板等重要零部件结构，基本上是参考实际生产现场的模具，没有做根本性的改进。考虑到工件的精度要求，需在模具中加上导向机构，部分位置需设计定位键、定位销等定位零图 3-9 切边线图 3-10第三章 模具设计制造流程19部件，在第四章模具另不件设计中会详细论述，这里不再过多讨论。3.6 模具零件设计模具零件设计是模具设计的主体工作，是设计的关键步骤。模具零件设计合理与否直接关系到最终模具产品的质量和成本。模具零件的设计灵感主要来自实践，只有模具工程师知道自己设计的零件能不能用、好不好用，才可能设计出合理的零件。结构合理的零件才能装配出一套好用、耐用的模具。先进的设计技术目前在日本、美国、德国和新加坡等模具制造技术先进的国家一推广使用。如日本的设计制造部门几乎都采用 CAD/CAE/CAM 技术，进行动作仿真分析，DNC 直接数字控制加工等先进技术。明显缩短交货期、降低制造成本、提高模具制造质量和精度。目前，方华埃西姆机械有限公司已应用 CAD/CAM 技术，采用三维造型设计和 CNC 机床相结合的一体化制造技术，并建立了专门的二维和三维设计部门，有很强的自主设计能力。但公司的 CAD/CAM 应用只局限在通用商品软件的功能上，在软件二次开发方面还有待提高，根据自己产品的特点及设计经验、标准件进行二次开发，转化为专用的模具 CAD 软件。目前，由于 CAE 软件的价格较高、对操作者的技术水平要求高，在模具设计中仍以人的经验为主，往往是通过反复试模和修模来完成。期待国内模具企业加快技术革新步伐，制造出高水平的模具。由于模具设计制造过程中于上游模具材料供应、热处理、锻件供应、模具标准件以及下游模具加工零件和产品关联密切，而且众多模具企业是模具与产品兼有，因此模具设计过程要充分考虑上下游相关性，在允许的条件下尽可能多的使用标准件，可以有效地降低生产加工成本，更能缩短产品的设计周期。3.7 模具零件加工高水平的模具技术涉及模具材料、制造技术、设计技术、管理技术、标准化技术等多个层面。模具制造技术关键在于设备和技术的运用，如高速加工中心、慢走丝线切割机床、高速铣床、真空淬火炉和三坐标测量仪燕山大学本科生毕业设计（论文）20等装备，如图 3-11。先进的准备和制造技术能显著提升加工质量，是制造高水平模具的基础，同时也可以有效缩短制模周期。不同装备的制造水平有明显差异，加工报价也相差甚远。如：三轴加工中心工本费平均为 100 元/小时，五轴加工中心工本费平均为 200 元/ 小时，在能用三轴的情况下，优先选择三轴加工中心加工，以最大程度控制模具加工成本。要知道，高水品低成本的模具才会更有竞争力优势。模具材料及热处理和表面处理对提高模具寿命起到非常重要的作用，模具表面的质量对模具使用寿命、外观质量等均有较大影响。模具进口材料质量稳定、材料金相组织均匀、价格是国产材料的 2 4 倍，可根据客户要求合理选择。在冲裁过程中，由于凸模楔入材料，是磨损比较严重的零件，硬度应该大一些，一般为 HRC6062，可以提高模具寿命。图 3-11 五轴加工中心、高速铣床、慢走丝线切割机床、三坐标测量仪图 3-12 真空淬火炉第三章 模具设计制造流程21模具零部件也普遍采用真空淬火技术，图 3-12 是真空淬火炉。3.8 模具装配和调试装配是模具生产中的关键工序。冲模的装配质量直接影响制件的质量、冲模的技术状态和使用寿命。冲模的装配工作主要包括两方面：、将每个加工好的零件按图纸技术要求装配成组合件及总装配；、在装配过程中，有一些加工工作。比如，销孔的配置加工。比如本次课题C301 B 柱冲压成型模具设计中的切断模，要求保证凸凹模间隙，保证导向机构的导向精度，以及保证各相关运动件能够按照模具设计的技术参数严格进行。这是保证模具调试成功及生产能够顺利进行的保障，也是确保模具寿命的重要因素。如图 3-13 是模具装配生产现场。最近几年，随着生产的发展，用户对易损坏零件提出了互换要求，以便于与用户在生产现场对模具损坏零件迅速更换。模具装配完成后，为了保证能冲出合格的零件，而且能安全稳定的投入生产，必须要经过试冲和调整，才能投入使用。在试模前，要严格按照设计的技术参数选择压力机型号，这关系到冲压件精度和模具寿命。为了图 3-13 模具装配生产现场燕山大学本科生毕业设计（论文）22保护模具，在第一次调试时，最好使用比原材料软一些的料进行试冲。为了充分保护凸、凹模，对于冲裁模凸模刃口进入凹模刃口的深度的合理范围最好调整为一个料厚。这样可以使模具在冲压时的冲裁力和磨损程度最小，会提高模具寿命。3.9 交付客户按照合同规定的标示及涂装要求包装好模具，最后选择合理的运输方式，在合同规定的交货日期内，把模具工装和相关技术文件交付客户。待客户验收合格并付款之后，该模具项目就告一段落。3.10 本章小结模具设计与制造是一项技术性和经验性都很强的工作，虽然国内模具工业发展迅速，但是综合研发能力仍不足。目前，模具正向高精度、高速度、长寿命、复杂、大型、一体化和高性能等诸多方面发展。这要求我们要迫切的提高模具设计制造水平，在提高模具技术含量的同时，更要优化模具设计制造流程，使模具制造周期不断缩短。第三章 模具设计制造流程23第四章 切边模具设计4.1 切边工艺分析切边工艺属于冲裁类，B 柱外板的立筋截面复杂，切边时应采取有效的措施，减小立筋切断处的塌陷变形。B 柱外板大面的冲裁比较简单，需要保证在冲裁过程中大面不变形即可。图 4 -1 是辊压件的图片。可以看出，辊压件立筋不仅截面复杂，而且立筋高出大面 35mm。在保证立筋上部不产生较大的塌陷的前提下，这样的高度差非常不利于一次性将二者完美的切下，需要巧妙的设计凸凹模的形状。在上文 2.2.3.2 的章节中，已对 C301 B 柱外板工艺进行了比较详细的分析，不再过多论述。经过分析后，认为立筋和大面在一套模具中一次性切下是可行的，而且明显比传统生产工艺的生产效率要高。最后确定模具的切边线如图 4-3，上图 4-2 为切边之后的工件。图 4- 3 切断模的切断刃口线图 4-1 图 4 - 2燕山大学本科生毕业设计（论文）244.2 建模使用软件：UG7.0方法：使用 B 柱外板数模进行建模优点：不用区分复杂型面，可准确简易直观使用产品数模进行建模设计，降低了设计难度；同时该软件可以直接对数模进行编程，然后转至CNC 进行数控加工，产品加工精度高，而且大大缩短产品的设计制造周期。4.2.1 凹模的设计由于立筋和大面有 35mm 的高度差，遂决定把凹模设计成分体结构，如图 4-4 这样即可以便于加工，也可便于维修调整。通过分析，设计凹模时需注意以下方面：、凹模位置可以进行微调。在模具装配以及试模过程中，凸、凹模间隙需要微调，通过微调凹模位置可以实现。另外，在大批量生产环境下，模具使用一段时间之后，凹模刃口会出现磨损现象。凹模刃口经过修配之后，重新安装凹模时，其位图 4-4 分体结构凹模