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换热器 翅片级进模 设计

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辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）引言在当今的制造业中，模具工业日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，大部分的零部件都是采用模具成形工艺生产的，尤其是标准紧固件、轴承、日用五金等，均需通过模具生产。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又被称作“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。又因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。目前我国模具工业的发展现状是：模具行业的生产小而散乱，跨行业、投资密集，专业化、商品化和技术管理水平都比较低。现代工业的发展要求各行各业产品更新换代快，对模具的需求量加大。我国设计生产的冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到35um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平。一般模具国内可以自行制造，但很多大型复杂、精密和长寿命的多工位级进模大型精密塑料模复杂压铸模和汽车覆盖件模等仍需依靠进口，近年来模具进口量已超过国内生产的商品模具的总销售量。为了推进社会主义现代化建设，适应国民经济各部门发展的需要，模具工业面临着进一步技术结构调整和加速国产化的繁重任务。模具发展的趋势大体分为五个方向11) 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。集成化程度较高的软件还包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等。 模具设计、分析及制造的三维化传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。 模具软件应用的网络化趋势随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。 2) 模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展 模具检测设备的日益精密、高效精密、复杂、大型模具的发展，对检测设备的要求越来越高。现在精密模具的精度已达23m，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。 数控电火花加工机床 高速铣削机床(HSM)铣削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高(为普通铣削加工的510倍)及可加工硬材料(60HRC)等诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。3) 快速经济制模技术缩短产品开发周期是赢得市场竞争的有效手段之一。与传统模具加工技术相比，快速经济制模技术具有制模周期短、成本较低的特点，精度和寿命又能满足生产需求，是综合经济效益比较显著的模具制造技术，具体主要有以下一些技术。 快速原型制造技术(RPM)。它包括激光立体光刻技术(SLA) ；叠层轮廓制造技术(LOM) ；激光粉末选区烧结成形技术(SLS) ；熔融沉积成形技术(FDM) 和三维印刷成形技术(3D-P)等。 表面成形制模技术。它是指利用喷涂、电铸和化学腐蚀等新的工艺方法形成型腔表面及精细花纹的一种工艺技术。 浇铸成形制模技术。主要有铋锡合金制模技术、锌基合金制模技术、树脂复合成形模具技术及硅橡胶制模技术等。 冷挤压及超塑成形制模技术。 无模多点成形技术。 KEVRON钢带冲裁落料制模技术。 模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造及失蜡精铸等技术。 其他方面技术。如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。4) 模具材料及表面处理技术发展迅速模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用钢有预硬钢(如美国P20)、时效硬化型钢(如美国P21、日本NAK55等)、热处理硬化型钢(如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等)、粉末模具钢(如日本KAD18和KAS440)等；覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗(如TD法)发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀(刷镀)防腐强化等技术也日益受到重视。5) 模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。1 初始资料1.1 零件图图1为需要设计加工的翅片零件图2：图1-1工件图Fig.1-1 Workpiece1.2 工件生产情况大批量生产。1.3 原材料数据资料加工所使用原料为0.310001500（单位：mm）钢板钢板型号为Q235-A型2 制定冲压工艺方案2.1 分析工件图由工件图可看出，该工件图上改寸均未标注尺寸偏差，属未注公差尺寸，可按IT14级确定工件尺寸的公差。经查公差表，确定各尺寸公差值 (表2-1)表2-1工件的尺寸精度3Table.2-1 The dimension precision of workpiece尺寸值(单位：mm)133.44512公差值(单位：mm)3尺寸值(单位：mm)25365253104公差值(单位：mm)0.520.620.740.740.872.2 冲模制造精度的选择冲模的制造精度根据冲压件的精度及厚度确定，数据见表2-2。表2-2冲模精度4Table.2-2 The precision of dies冲模制造精度板料厚度（mm）1.52.03.04.05.06.08.0IT6-IT7IT8IT8IT9IT10IT10IT7-IT8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14由于此工件没有标注公差，按国家标准非配合尺寸的公差数值规定，冲模的公差等级可选比工件精度高23级，因此冲模按IT12精度设计制造。2.3 排样排样是冲裁件在条料上的布置方法。合理的排样可以提高材料的利用率，从而降低生产成本。因此，合理的排样是冲裁模设计的重要内容。排样主要依据工件的外形特征，主要分为直排、斜排、直对排、混合排、多行排等形式。考虑到压力机的使用以及模具的设计成本，本次设计的工件采用直排可使生产成本最少。2.4 搭边类型的确定在条料上冲裁时，工件之间以及工件和条料侧边之间的余料称为搭边。搭边分为三种：有搭边、少搭边和无搭边。搭边的作用是补偿送料误差，以保证冲出合格工件；保持条料刚度利于送料，避免废料丝进入模具间隙导致模具损坏。搭边值要合理确定，从节省材料出发搭边值越小越好，但搭边值小于一定数值后，对模具寿命和剪切表面质量不利。搭边值的大小与下列因素有关：1）材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些，软材料、脆材料的搭边值要大一些。2）零件的形状与尺寸 零件尺寸大或有尖角和突出等复杂开头时，搭边值应大一些。3）材料厚度 厚度大的材料搭边值取大一些。4）送料及挡料方式 手工送料时，有侧压板导向的搭边值可以小些。由于本工件厚度只有0.3mm又采用侧刃定位，其定位效果好；且考虑到此工件尺寸值为53mm的加工误差对产品的使用几乎没有影响，本着在保证工件质量的前提下尽量减少成本的原则，初步采用无搭边排样。图2-1 排样图Fig.2-1 Sample map2.5 工序的确定根据零件图的特点初步确定工序性质、工序数目、工序顺序5。由于此工件采用级进模具加工，考虑到模具的制造难易成度以及材料的利用率，加工步骤暂定如下：1）切出边缘，方便定位。（初步确定采用侧刃定位）2）冲圆孔及六个间距脚的三边3）拉深出圆孔及间距脚。4）落料图2-2 工序图Fig.2-2 The process of working2.6 卸料板的选择卸料板的主要作用是把材料从凸模上卸下，有时也可作压料板用以防止材料变形，并能帮助送料导向和保护凸模等。卸料板有固定卸料板（又称钢性卸料板）和弹性卸料板两种。固定卸料板用于厚料或硬材，特点是卸料力大，使用安全，但送料操作受约束；弹性卸料板具有卸料和压料的双重作用，多用于冲制薄料，使工件的平面度提高，借助弹簧、橡胶或气垫等弹性装置卸料，常兼作压边、压料装置或凸模导向。因此本次设计选择使用弹性卸料装置。3 工艺设计及计算3.1 毛坯工艺计算3.1.1 排样及搭边值的计算综合考虑工件质量及成本，本次设计采用直排无搭边排样，但若不设计条料两侧的侧搭边，则无法采用侧刃定位，无搭边排样的条件也无法满足；同时无侧搭边就不能消除因条料裁剪而产生的误差和工件在导料板间晃动产生的误差，影响工件质量。因此不可盲目的为提高材料利用率而将侧搭边省略掉 6 。表3-1工件的合理搭边值Table.3-1 the side value of workpiece卸料板形式条料厚度t/mm搭边值/mm料宽50料宽50刚性卸料板2.02.03.00.51.01.02.8弹性卸料板0.51.01.03.2此次设计采用的是弹性卸料装置，根据表3-1确定工件的侧搭边值为2mm。3.1.2 步距的计算步距是指冲压过程中压力机每冲压一次条料向前送进的距离，其值为排样沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值（见图3-1）步距可定义为：S=L+b (3-1)式中 S冲裁步距；L沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；b沿送进方向的搭边值由于本次设计采用无搭边排样，因此步距即为工件的最大宽度值。即步距S=L=53mm图3-1 搭边值的确定Fig.3-1 Decision on side value3.1.3 条料宽度的确定条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需条料宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算： (3-2)式中 B条料宽度的基本尺寸；D工件在宽度方向的尺寸，本设计中D=104mm;a侧搭边最小值,本设计中a=2mm;条料宽度偏差,本设计=0.5。由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差。实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。本次设计采用侧刃定位装置，条料宽度可用下式计算：mm (3-3)3.1.4 板料的裁剪板料尺寸为0.310001500（单位：mm）每个工件实际占用尺寸为0.353108（单位：mm）若横裁，每张板料可冲裁1500/1081000/53=1318=234个工件若竖裁，每张板料可冲裁1000/1081500/53=928=252个工件因此将板料竖裁（即条料尺寸为0.3mm108mm1500mm），每张板料可多冲制18个工件。3.1.5 材料利用率材料利用率定义为： (3-4)式中 ；n每张板料可冲制的工件数；A产品毛坯外形所包容的面积；S板料面积3.2 压力计算3.2.1 拉深力计算拉深是利用模具使平板坯料或开口空心毛坯加工成为开口空心零件的冲压方法。拉深时应该注意如下两个问题：起皱，起皱是拉深时容易产生的质量问题之一。拉深时当凸缘变形区的切向压应力较大，而板料又较薄时，凸缘部分材料便会失去稳定而在凸缘的整个周围产生波浪形连续弯曲，因此若拉深力较大时，应使用压边圈防止起皱；拉裂，拉深后筒形件壁厚会发生变化，当材料拉深深度较大时，拉深件就容易破裂。为防止拉裂，应采用多次拉深的方法来避免。下面计算拉深的主要工艺参数：1) 毛坯尺寸计算。 计算毛坯直径。该工件拉深处为无凸缘圆筒形件，根据等面积原则，用解析法求毛坯直径。图3-2拉深计算示意图Fig.3-2 Sketch map of calculation on pulling extent如图3-2所示，将工件分为三个简单几何体。按工件中心层计算图中 h=2.85mm、d=25.3mm、r=0.3mm,R=25，则毛坯直径为 (3-5) 确定是否加修边余量。根据冲压件相对高度：,可不考虑加修边余量。 确定是否需要压边圈。根据坯料相对厚度：t/D100=0.3/16.6100=1.81.5所以不需要压边圈。2) 确定拉深次数。根据冲压件的相对高度(h/d)和坯料的相对厚度(t/D100)的大小查表3-2，可知该工序可一次拉深完成。拉深力的计算： (3-6)式中 材料的强度极限，Q235-A钢380420MPa，取=400MPaK拉深修正系数，K=0.45表3-2 圆筒形拉深件拉深次数的确定Table.3-2 Decision on pulling time of columnar part坯料的相对厚度(t/D100%)2.01.0拉深次数冲压件相对高度(h/d)10.940.770.840.650.700.570.620.5021.881.541.601.321.361.101.030.94.2 冲裁力计算冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序，冲裁包括落料、冲孔、切口、切边等工序。与材料厚度，工件周边长度，材料的力学性能等参数有关。冲裁力是设计模具，选择压力机的重要参数。本次设计的工件共有以下四部分冲裁力：P冲1 第一步工序中的两侧三角形缺口冲裁力；P冲2 第一步工序中的冲孔力；P冲3 第二步工序中的菱形孔的冲孔力；P冲4 第二步工序中的六个间距脚三边的冲裁力。 (3-7)式中 K=1.3 考虑到冲裁厚度不一致、模具刃口的磨损、凸凹模间隙的波动、材料性能的变化等因素，实际冲裁力还需增加30%。L冲裁边缘长度；t板料厚度；材料抗剪强度，Q235-A钢抗剪强度为310380MPa，取=350MPa；下同。 (3-8) (3-8)3.2.3 推件力计算推件力是将废料从凹模中顶出时所需的力。 (3-9)式中 n同时卡在凹模中的废料数，本设计中n值为5 推件力因数3.2.4 落料力计算落料是将工件从条料上分离的一种冲压工序。 (3-10)3.2.5 卸料力计算卸料力是在弹性卸料板压缩时产生的力。 (3-11)3.2.6 总压力计算 (3-12)3.2.7计算压力中心冲模对工件施加的冲压力合力的中心称为冲压压力中心。冲裁模对工件施加的冲裁合理的中心称为冲裁压力中心，拉深模对工件施加的拉深力合力的中心称可称为拉深压力中心。要使模具正常的工作，必须使压力中心与模柄的中心线相重合，从而使压力中心与所选冲压设备滑块的中心相重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，刃口迅速变钝，并使冲压设备和模具的导向结构产生不均匀磨损。冲压形状对称的冲压件，如圆形，正多边形，矩形时，压力中心位于其对称中心线的交点，即几何中心上。由于工件图形对称，故落料时的压力中心P落在直线O1O2上，根据力矩平衡原理得 (3-13)图3-3 压力中心Fig.3-3 Pressure center3.3 初选冲压设备为了能使压力机安全工作，通常情况下 (3-14)故选择J23-16开式可倾压力机。其主要参数如下：公称压力：163KN滑块行程：55mm最大封闭高度：220mm最大封闭高度调节量：45mm工作台尺寸：300mm450mm模柄孔尺寸：mmmm3.4 定位形式与结构设计3.4.1 设计原则1) 定位支撑点和支撑面 定位至少有三个支撑点（通常采用支撑面）、两个导向点（有是可采用导向面）及一个定程点（有时可采用定程面），定位的支撑点及导向点之间应有足够的距离，以保证坯料及条料的定位精度和稳定。2) 定位的方向与位置选择 定位的方向与位置应使操作方便，送料方向从左向右或从前向后较为合适，前者导向点最好在后侧，后者导向点设计在左侧较为合适。在校平及整形时，最好先用初始定位，再以导正销定位的方法。3) 处理好粗定位与精定位的关系 多工位级进模等在多工序联合冲压时，往往设有初始定位和最终定位所构成的复合型定位机构，上，下工序的定位形式应力求一致，粗定位要服从精定位，以防止相互矛盾。4) 某些非对称外形的制件定位 其定位方向应固定，以免冲反而影响制件的质量。5) 多工序冲压各种工序冲压基准 冲压件的全部工序应保证定位基准的统一的原则，否则容易增大定位误差。多工序分别冲压时，上、下工序的定位形式应力求一致。6) 应保证定位的可靠性和冲压的安全 定位机构必须远离生产细小废料或切削的地方，否则这些废料和切削的混入，常会影响定位工作或定位尺寸的精度。同时还要注意定位机构不应被废料或切削卡住，以保证冲压的安全和可靠性7。3.4.2 挡料销设计挡料销的作用是给予条料或带料在送料时以确定的送进距离。主要有固定挡料销、活动挡料销、自动挡料销、始用挡料销和定距侧刃等。条料第一次冲压前的定位需使用初始挡料销，安装在第一工位上，当开始冲裁时，作确定条料的准确位置，用时将挡料销向里压紧。此档料销设计的关键是在于将其设计安装模具进料方向左边，方便工人操作。条料进行第一次冲压后，向前送料。此时需用定位装置以保证条料送达正确的工作位置。侧刃定距准确可靠，生产效率高，常用于级进模的送料定距，适用的材料厚度为0.11.5mm，因此本次设计采用侧刃定位装置。3.4.3 导料板设计使用条料或卷料冲裁时，一般用导料板来导正材料的送进。主要用于条料的送进定向，防止偏斜。他们装于下模凹模口的上平面。导料板有分离式、整体式两种，导料板与条料的间隙，当无侧压板时取0.51.5mm，有侧压板时取58mm。导料板的厚度一般为材料厚度的2.54倍，材料厚度取最小值，导料板的最小厚度为46mm。导料板厚度mm小于导料板最小厚度值，因此取导料板厚度为6mm.3.4.4 浮顶销设计在弯曲和拉深的过程中，当卸料板的卸料压力将板料从凸模上卸下时，工件会落在凹模面之下的模腔内；浮顶销的作用即使将工件连同板料顶起到凹模面以上，保证工件能继续送进下一个工位。当工件弯曲和拉深后，陷入凹模腔内的最大高度为4mm，所以浮顶销将工件顶出凹模的高度至少为4mm的高度，才能将板料托起，以保证工件的正常送进。这样板料将贴着卸料板送进，因此要留一定的间隙以恢复浮顶削和板料间隙正常送进。实际浮顶的高度：mm，其中1mm为间隙余量的足以保证切口从凹模腔内托出。由于，间距为80mm，浮顶销的直径d=4mm。3.5 模具主要零部件的结构设计3.5.1 计算原则凸、凹模刃口尺寸和公差的确定，直接影响冲裁生产的技术经济效果，是冲裁模设计的重要环节，必须根据冲裁的变形规律，冲裁模的磨损规律和经济的合理性综合考虑。实践证明，落料件尺寸和冲孔时的尺寸都是以光亮带尺寸为准的，而落料件上光亮带的尺寸等于凹模的刃口尺寸。因此，计算刃口尺寸时，应该落料和冲孔两种情况分别处理，其原则如下：1) 设计落料模时，因落料件尺寸等于凹模口尺寸，故应先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上。考虑冲裁中模具的磨损，凹模口尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的最小值，以保证刃口磨损到一定程度时，仍能冲出合格的零件。凸、凹模之间的间隙应取最小合理间隙，以保证凸模磨损到一定程度时，间隙仍然在合理间隙内。2) 设计冲孔时，因孔的尺寸等于凸模刃口尺寸，故先确定凸模刃口尺寸，间隙取在凹模上，考虑到冲裁模的磨损，凸模刃口尺寸越磨越小，因此，凸模刃口的基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸，以保证凸模磨损到一定程度时，仍可使用；凸、凹模之间的间隙值应取最小合理间隙值。3) 凸、凹模的公差，应考虑工件的基本要求。如果对刃口精度要求过高，势必使磨具制造困难，成本增加，生产周期延长；如果对刃口精度要求过低，则生产出的零件可能不合格。4) 根据工件尺寸公差的要求，确定模具刃口尺寸的公差等级。3.5.2 冲裁间隙的选择冲裁间隙指凸、凹模刃口间缝隙的距离。冲裁间隙是冲压工艺和模具设计中的重要参数，它直接影响冲裁件的质量，模具寿命和力能的消耗。应根据实际情况和需要合理的选用，冲裁间隙有双面间隙和单面间隙之分，未注单面的即为双面间隙。考虑到模具制造的偏差及模具使用过程中的磨损，生产中通常选择某一适当的范围作为合理的冲裁间隙，其最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。冲裁间隙的选用依据：冲裁间隙的大小主要与材料性质及厚度有关，材料越硬，厚度越大，则间隙值应越大。由于生产中对冲裁件质量和尺寸精度的要求不同，因此，冲裁间隙值的确定应在保证冲裁件尺寸精度和满足剪切面质量要求的前提下，考虑模具寿命，模具结构，冲裁见尺寸和形状，生产条件等因素综合分析后确定。对下列情况应酌情增减冲裁间隙值。1) 在同样条件下，冲孔间隙比落料间隙大些。2) 冲小孔（一般为孔径d小于料厚t时），凸模容易折断，间隙应取大些，但这时要采取有效措施防止废料回升。3) 硬质合金冲裁模由于热膨胀系数小，其间隙值可比钢模大30%。4) 复合模的凸、凹模壁单薄时，为防止胀裂，应放大冲孔凹模间隙。5) 冲裁硅钢片时随着含硅量增加，间隙相应取大些；冲裁热轧硅钢片应比冷轧硅钢片的间隙大；对需攻丝的孔，间隙应取小些。6) 采取弹性压料装置时，间隙应该取大些。7) 高速冲孔时，模具容易发热，间隙应增大。如行程次数超过200次/min时，间隙应增大10%左右。8) 电火花穿孔加工凹模型孔时，其间隙应比磨削加工取小（0.5%2%）t。9) 加热冲裁时，间隙应减小。10) 凹模为斜壁刃口时，应比直壁刃口间隙小。落料时凹模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由减小凸模尺寸获得；冲孔时，凸模尺寸为工件要求尺寸，间隙值由增大凹模尺寸获得3.5.3确定刃口尺寸模具刃口尺寸计算方法分为两种。一种是凸模和凹模分开加工，一般在制造的冲裁模批量较大时采用此方法；另一种是凸模和凹模配合加工。由于凸模和凹模配合加工这种方法有利于获得最小合理间隙，放宽对模具加工设备的精度要求，因此对于冲制复杂形状零件的冲模，单件或小批量生产的冲模时，大采用配合加工法加工凸模和凹模8。综合分析二者的优缺点，本设计将采用凸模和凹模分开加工法。在采用分开加工法时，需要分别计算和标凸模和凹模的尺寸和公差。 落料时，间隙取在凸模上，则：凹模尺寸 (3-15)凸模尺寸 (3-16) 冲裁时，间隙取在凹模上，则：凸模尺寸 (3-17)凹模尺寸 (3-18) 弯曲时，弯曲模工作部分尺寸计算与弯曲件的尺寸标注有关，弯曲件的尺寸标注根据装配要求有双向偏差标注和单向偏差标注。本次设计采用双向偏差标注法标注，则：凹模尺寸 (3-19)凸模尺寸 (3-20) 拉深时，拉深工件标注外形尺寸时，以凹模为基准，确定凸模尺寸；拉深工件标注内形尺寸时，以凸模为基准。本次设计中工件拉深的标注为内形尺寸标注，计算公式如下：凸模尺寸计算公式 (3-21)凹模尺寸计算公式 (3-22)式中 凸模工作部分尺寸，单位mm、落料凹模和凸模的刃口尺寸，单位mm、冲孔凹模和凸模的刃口尺寸，单位mm、落料、冲孔件的尺寸，单位mm磨损系数，当冲压件尺寸公差为IT10级以上时，取；IT1112级时，取；IT14级以下时，取；双面间隙，单位mm；工件公差，单位mm；凸模和凹模的制造公差，单位mm；凸模工作部分尺寸，单位mm；工件公称尺寸，单位mm；凹模、凸模制造偏差工件尺寸精度均为IT14级，查设计手册磨损系数x=0.75, =0.36, =0.25根据前面的计算公式，计算模具刃口尺寸。表3-3凹模刃口尺寸Table.3-3 Knife-edge dimension of convex dies冲裁性质工件尺寸凹模计算公式凹模尺寸注法落料其中下同冲裁弯曲拉深表3-4 凸模刃口尺寸Table.3-4 Knife-edge dimension of concave dies冲裁性质工件尺寸凸模计算公式凸模尺寸注法落料其中下同冲裁弯曲拉深在冲模刃口尺寸计算时需要注意：在计算工件外形落料时，应以凹模为基准，凸模尺寸按相应的凹模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm；在计算冲孔模刃口尺寸时，应以凸模为基准，凹模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm；在计算落料模刃口尺寸时，应以凹模为基准，凸模尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙为0.250.36mm.。3.5.4 计算模具中心距尺寸偏差在计算模具中心距尺寸时，制造偏差值通常取工件公差的1/8mm3.5.5 确定凹、凸模结构尺寸1) 凸模和凹模的结构形式以及尺寸大小，一般应满足下列条件：能防止或限制纵向和横向的移位。纵向移位一窜动，不利于冲裁，成型，可能导致凸模或凹模脱落，不能承受卸料（或开模）力。横向移位，不能导致凸模或凹模正确的相对位置。 能防止凸模和凹模的转动，特别是非圆形的凸模和凹模。否则，凸模和凹模的相对位置会发生变化，导致模具甚至冲压设备发生损坏事故。 凸模和凹模具有足够的强度和硬度，以免损坏而无法实现冲压加工。 便于制造和降低模具成本。2) 凹模洞孔形式凹模洞孔形式有三种：圆柱形孔口，锥形孔口，具有过渡圆柱形孔口。由于此次设计的工件较薄但结构较复杂的特点，我们选用适合加工薄料且加工工艺简单的过渡圆柱形孔口。3) 凹模结构凹模常用的基本结构外形有矩形，圆形板类结构及柱形结构。设计参考上下模座的尺寸设计选用，其中以板类凹模应用最普遍。凹模用螺钉直接将其固定在下模座上。并用销钉定位。4) 凹模外形尺寸的确定以矩形凹模为例，凹模外形尺寸：凹模厚度H：H=KB(H10mm) (3-23)式中 K系数，见表 3-5 B凹模孔的最大宽度，（不小于15mm）此次设计的工件厚0.3mm凹模孔间最大距离为52.6mm查表3-5得K=0.20；mm则凹模最小壁厚H=21.2mm，为加工、测量方便，取整数值，将凹模壁厚设计为22mm凹模长度的确定：t=0.3mm,冲件b=104mm，查表3-6得 c=26mm故 L=b+2c=104+226=156mm表3-5 系数K值Table.3-5 Value of Coefficient KB/mm材料厚度/mm0.5123350501001002002000.3000.320.420.200.300.420.300.22凹模宽度的确定凹模宽度 (3-24)取 步距=53；工件=53mm依据设计尺寸，按冲模标准确定凹模外形尺寸为mm表3-6 凹模孔壁至边缘的距离Table.3-6 Distance between bore of convex die and its edge冲件尺寸材料厚度0.80.81051.533558812505075263034404755751001001503236404855651501751752003842465260752004448526068855) 凸模的结构设计与标准化 凸模结构常见凸模有以下几种形式：台阶式凸模：这种凸模结构主要用于横断面简单的，如圆形，方形等，装配修磨方便，具有较好的固定性和工作稳定性。故在模具结构中经常采用。直通式凸模：即凸模沿轴线方向横断面尺寸相同。这种凸模结构对于冲制非圆形制件时非常实用。主要是可用数控线切割机床加工或成形磨削。此次设计采用台阶式凸模结构设计。 凸模的固定方式主要是台阶固定式，铆接式固定两大类。此外还有螺钉吊装，横销固定等形式。本设计中除结构较复杂的梯形凸模可采用简单的铣削加工外，其它凸模结构简单，所有凸模加工工艺简单方便，固可采用台阶式凸模以提高模具的工作稳定性。 凸模长度计算凸模长度一般是根据模具结构的需要而确定的，应尽可能参照或选用国家标准。凸模长度可用下列公式计算 (3-25)式中 L凸模总长度；凸模固定板厚度；卸料板及橡胶厚度；导料板厚度；附加长度，包括凸模的的入模深度（不同工件性质其值不同），考虑模具寿命的总刃磨量，固定板和卸料间的安全距离等，单位mm；导料板厚=6；卸料板厚=20；凸模固定板厚=20；凸模修磨量=20；则=6+20+20+20=66mm4 模具强度较核4.1 模具失效形式模具的失效是指模具失去了正常的工作能力，其生产出的产品已经成为废品。模具的基本失效形式是断裂及开裂，磨损，疲劳和冷热疲劳，变形腐蚀。模具在工作过程中可能同时出现多种损坏形式，各种损伤之间又互相渗透，互相促进，各自发展。而当某种损坏的发展导致模具失去正常工作能力时，则模具失效。模具加工制造工艺，特别是锻造工艺，对模具的失效影响就更大，合理的锻造工艺使大块炭化物质，使之细小均匀分布，但若锻造工艺不合理，则达不到打碎晶粒，改善方向性，提高钢的致密等目的，甚至引发锻造缺陷。4.2 对冲裁部分的模具零件进行校核计算在一般情况下，凸模强度是足够的，无需校核。但对于特别细长的凸模或板料厚度较大的情况，应对凸模进行应力校核。检查其危险断面尺寸和自由长度是否满足强度要求。对于圆形凸模按式1进行校核，非圆型凸模按式2进行校核。 (5-1) (5-2)式中 凸模最小直径，单位：mm凸模最小截面面积，单位：mm2t料厚,单位：mm材料的抗剪强度，单位：MPaP冲裁力，单位：N凸模材料的许用压力，单位：MPa本设计中凸模选用Cr12MoV钢制造。对于Cr12MoV工具钢=（1.01.6）MPa (5-3)本设计中的六个梯形凸模的工作强度最大，因此只需校合该凸模即可。 梯形凸模最小截面积mm2落料凸模： N结论：该凸模强度符合要求5 压力机的选用5.1 选用压力机的原则冲压设备的正确选择及合理使用将决定冲压生产能否顺利进行，并与产品质量，模具寿命，生产效率，产品成本等密切相关。目前应用比较多的有曲柄压力机，摩擦压力机和液压机。曲柄压力机包括开式曲柄压力机和闭式曲柄压力机两种。冲压设备的选用原则：冲压设备的选择主要是根据冲压工艺性质，产品批量大小，冲压件的几何形状，尺寸及精度要求等因素来确定的。冲压生产中常用的冲压设备种类很多，选用冲压设备时主要考虑下面因素： 1) 冲压设备的类型和工作形式是否适用于应完成的工序；是否符合安全生产和环保的要求；2) 冲压设备的压力和功率是否满足应完成工序的需求；3) 冲压设备的装模高度，工作台面尺寸，行程台面尺寸，形成是否适合应完成工序所用的模具；4) 冲压设备的行程次数是否满足生产率的要求等。5.2 压力机的校核本设计中选用了广西梧州锻压机床厂生产的开式可倾压力机。型号是 J23-16。其主要参数具体如下：公称压力：160KN滑块行程：55mm最大闭合高度：220mm最小闭合高度：60mm工作台尺寸：450mm300mm模柄孔尺寸：mmmm满足以下要求：1) 压力机公称压力必须大于冲压工艺力 (5-4)为了能使压力机安全工作，通常情况下因此所选压力机可以安全工作。2) 压力机闭合高度必须符合模具闭合高度要求设工作模具的闭合高度为h，压力机最大闭合高度为，最小闭合高度为，则要满足下式：5h10 (5-5)模具闭合高度=+2=40+45+22+66+10-2=181mm，冲床最大闭合高度200mm，最小闭合高度160mm，模具闭合高度满足式5-2，可正常生产。3) 模具最大安装尺寸为250mm160mm，冲床工作台台面尺寸为450mm300mm。能满足模具的正确安装。4) 滑块行程在模具冲压以后，工件被冲压成型，最后要将工件取出，因为开模后上下模之间的距离大于工件高度的22.5倍。压力机的滑块最大行程为=60mm，而工件最大高度：H=0.3mm0.32.5=0.75mm60mm满足要求，可正常生产5) 其他主要参数行程次数/次: 120封闭高度调节量/mm： 60工作台孔尺寸 前后/mm： 130直径/mm： 180立柱间距离/mm： 260模柄孔尺寸（直径深度）/mm： 4060工作台板厚度/mm： 40最大倾斜角（）: 306 模具零部件设计6.1 模具标准件的选择6.1.1 模架的选用 模架包括上模座，下模座，导柱和导套。冲压模具的全部零件都安装在模架上。为了缩短模具制造周期，降低成本，我国已制定出模架标准，并有商品模架出售。根据模架导向用的导柱和导套见的配合性质分为滑动导向模架和滚动导向模架两大类。每类模架中，由于导柱安装位置和数量不同，又各具有多种模架类型，分为后侧导柱式，中间导柱式，对角导柱式和四角导柱式。 选择模架结构时要根据工件的受力变形特点，坯件定位，出位方式，材料送进方向，导柱受力状态，操作是否方便等方面进行综合考虑。选择模架尺寸时要根据凹模的轮廓尺寸考虑，一般在长度上及宽度上都应比凹模大3040mm。模板厚度一般等于凹模厚度的11.5倍。选择模架时还要注意到模架与压力机的安装关系，例如模架与压力机工作台孔的关系，模座的宽度应比压力机工作台孔的孔径每边约大4050mm。冲压模具的闭合高度应大于压力机的最小装模高度，小于压力机的最大装模高度等。通常中、小型冲模常采用后侧式、对角式或对称式的导柱型模架。四角导柱式模架主要用于精度要求高的冲压件和大型冲压件。本设计根据选用J23-16开式可倾压力机，其最大闭合高度200mm。选对角导柱模架（GB/T 2851.3-90），凹模周界L=250mm，B=160mm，闭合高度H=160200mm，级精度的对角导柱模架。标记为：模架 250160190200 GB/T 2851.3-906.1.2 导向装置的确定导向装置可以提高模具精度，寿命以及工件的质量，而且还能够节省调试模具的时间。大批量生产的冲压模具中广泛采用了导向装置。导向装置分为滑动式导向装置，滚动式导向装置和导块式导向装置。导向装置的注意事项：1) 导柱与导套应在凸模工作前或压料板接触到工件前充分闭合，且此时应保证导柱上端距上模座上平面留有1015mm的间隙；2) 导柱，导套与上，下模板装配后，应保证导柱与小模座的下平面，导套上端与上模座的上平面均留23mm的间隙；3) 对于形状对称的工件，为避免合模安装时引起的方向错误，两侧导柱直径或位置应有所不同；4) 当冲模有较大的侧向压力时，模座上应装设止推垫，避免导套，导柱承受侧向力；5) 导套应开排气孔以排除空气。根据所选模架来选取所使用的导柱及导套：本设计我们选用滑动式A型导柱导套结构。其导柱直径d=35mm，长度为180mm。标记为：导柱 GB/T 2861.1-90 A35180导套内径为35mm，外径为45mm，长度为115mm标记为：导套 GB/T 2861.6-90 A35115456.1.3 模柄的选择根据所选压力的模柄孔尺寸选择模柄。查设计手册，选择A型压入式模柄，其基本参数为：模柄直径为40mm，模柄高度为100mm。标记为：JB/T 7646.194 A40 冲压加工时定位部分的设计定位装置：为限定被冲材料的进给步距和正确地将工件安装在冲模上完成下一步的冲压工序，必须采用各种形式的定位装置。定位装置应可靠并具有一定的强度，以保证工作精度，质量的稳定；定位装置应可以调整并设置在操作者容易观察和便于操作的地方；定位装置应避开油污，碎屑的干扰并且不与运动机构干涉。在条料进入导料时，在进行第一次冲压前，采用初始挡料销定位，保证条料有正确的送料距。另外采用侧刃定位，保证在送料及冲压时条料有正确的定位。6.2 模具材料的选用本模具安装在带有自动送料装置的高速冲床上冲压，要求模具的刚性好。因此工作零件均采用Cr12MoV钢制造，热处理硬度5862HRC，模柄材料Q235-1.F，弹性橡胶为聚氨脂材料，所有弹簧为55Si2Mn，其它支撑件用45钢，卸料板、挡板等受力大的零件作调质处理硬度为4548HRC。7 技术经济性分析产品零件图是制订冲压工艺方案和模具设计的重要依据，所以制订冲压工艺方案从分析产品零件图入手。分析冲压零件的工艺性主要包括以下两个方面：即经济和技术两方面。7.1 工艺性分析7.1.1 冲压件的工艺性分析由1.1的零件图可看出：内、外型均有尖锐清角。为了提高模具的使用寿命，将外部尖锐清角改为R1的工艺圆角；由于该工件尺寸精角要求不高，考虑到在使用时，间距脚处冲孔的形状不影响产品的各项性能，故也可将此处尖锐清角改为工艺圆角。7.1.2 模具设计中的工艺性分析1）凸模 对于形状复杂的凸模（如本设计中的六个间距角凸模），通常设计为直通式，为方便采用线切割技术加工。但此凸模亦可采用铣削加工，因此设计为台阶式凸模，即降低了加工费用，又增加了模具强度、提高了模具寿命。2）凹模排料孔 本设计中凹模的形状不规则，加工出有锥度的排料孔比较困难，且成本比较高。因此本设计中采用腐蚀加工法10,11。3）定位装置 本设计中利用工序的特点，利用冲裁搭边产生的豁口进行侧刃定位。因此免去了定位销钉等，化简了模俱结构，降低了模具成本。7.2 冲压件的经济性分析由于该工件为大批量生产，故可采用冲模冲压加工生产，但该工件形状较复杂，生产工序分散，采用普通的冲压的模具生产较率低，且费用较高，经估算占冲压件总成本的30%40%，甚至更高一些。因此，在选择生产方法时，根据工件特点选择采用级进模冲压生产以提高生产效率、降低生产成本。另外，在设计时尽量简化加工工序、采用简单的冲模结构也可降低模具的生产成本，以取得更大的经济效益12。8 结论1) 通过分析换热器翅片的初始资料，采用级进模具生产是可行的。2) 通过对零件的数据及结构的分析,确定了模具的合理精度,设计了便于生产的加工工序。 3) 通过对每一工序中压力的计算，确定了压力中心，并且初步确定了压力机型号。根据生产工序，对模具的工作部分尺寸进行了具体设计。确定了零件结构尺寸。4) 对模具强度进行校核，避免模具因磨损引起模具工作失效，使模具可以安全生产。5) 根据已设计的模具的各项数据，正确选择了冲压设备并对其进行分析校核。使生产能顺利进行。6) 合理选择模具标准件，确定各部件所使用的材料。7) 经过广泛的搜集资料，对工件以及级进模的经济性分析，简化了模具的设计及生产成本，提高了模具的使用寿命。致谢大学生活即将结束了，在这几年的生活和学习中掌握了一定的专业知识, 我选择了模具设计这个题目作为我的毕业设计。毕业设计是对我们所学知识掌握情况的检验，锻炼自己独力解决问题的能力。通过对冲压模具的分析，然后查阅了大量的设计资料，在各位老师及同学的帮助下完成本次毕业设计。由于本人水平有限，实际的生产经验也十分缺乏，所以在本次毕业设计中难免有一些疏漏和不足，恳请各位老师提出批评予以指正。我在设计的过程，得到了很多老师的帮助，特别是我的指导老师于英华老师给予我很多的帮助，特此表示衷心的感谢参考文献1 洪慎章.模具工业的发展趋势及塑性成形技术的研究方向J.模具制造,2002,12:13.2 屈振生.机械图学M.沈阳:东北大学出版社,2000.3 甘永立.几何量公差与检测M.第5版.上海:上海科学技术出版社,2003.4 许发樾.冲模设计应用实例M.第1版.北京:机械工业出版社,2000年.5 曹玉琴.换热片翅片级进模结构的改进.A佳工机电网/,佳工机电网模具论文集C.中国模具工业协会,2005.6 李学锋.模具设计与制造实训教程M.第1版.北京:化学工业出版社,2005.7 郝滨海.冲压模具简明设计手册M.第1版.北京:化学工业出版社,2005.8 陈建鹤.模具设计基础M.第1版.北京:机械工业出版社,2003年.9 国家机械工业局.中国机电产品目录M.第2版.北京: 机械工业出版社,2000. 10 王昌,于同敏,郭东明.发展中的模具先进制技术J.模具制造,2002.03:710. 11 张峥.模具设计与制造实训指导M.第1版.北京:电子工业出版社,2000.12 陈万林,姜彤,陈集,陈涛.实用模具技术M.第1版.北京:机械工业出版社,2000.13 Jody Riddle, Laboratory Manager-Bulk. Molding Compounds. Inc. Interview 1998.附录A模塑复合材料成分及模具设计大块模塑复合材料（BMC）作为一种复合材料以它在高温下的潜伸阻力、耐火性能与绝缘性而被人们所熟知。作为塑料材料家族中的一员，BMC在一些已成熟的技术应用中是有具体规定的，比如电路断路器、电子管反射器与其他高热量、负载支撑项目。这些部分大都属于或者被约束在边缘应用的为开发的领域。BMC材料尽管有多种用途的，已经成为复合材料组成成分的要素、进行模具设计与模具加工的不可或缺的手段。这些“基本”技术的成果既有其积极的影响也有其消极的影响。BMC作为一种成本低廉的朴素简洁的、高热环境下应用的替代品而广受欢迎。对于一个“圆滑的工作机器”的声誉来说，BMC与更高的利润、审美市场没有任何联系。模具设计由于一种BMC材料在化妆品成分中的应用而所呈现发展只相当于艺术审美零件的33%。BMC程式同样的重要性表现在模具设计与模塑的方法上面。从传统上来说，BMC模具已经具有相当广阔的设计指导路线。将要制造出艺术零件的模具应该符合更加专业的设计方法途径。将聚酯涂抹在化学的与机械的零件的表面用来获得平滑的轮廓和光滑的表面。化妆品用的BMC需要更加精确的热量、压力和速度来驱动市场价值水平的光滑因素。不同于用垂直线进行设计的压缩模具不同，喷射模具在获得和维护使腔内压力发挥最大效益方面则意味着一个重大的挑战。对于喷射模具而言最普遍的缺点之一就是纹间表面区域。当作为光滑的与/或者深色泽的模塑BMC材料的时候，那些非故意的释放腔内压力的纹间表面或者通风孔处将总是会产生碎片。纹间表面区域为一个模具提供保障的第一步就是使其没有杂质沉淀以及完全确定平行片使用了普通的蓝色漂白剂药剂。一个模具的平行片应当始终使其保持在操作温度下。这不但对于在精确压力点检测一个模具的平行片是非常有帮助的，而且对于将要进行模具铸造的工件也是十分有益的。压力作为引起压力损失的原因有被忽略的趋势，所以应当对其进行检测。也应当对通风孔进行定期的检查以确保它没有产生了超出他初始规格的磨损。一些情况下，工具钢涌进模具底部。这样会急剧地减少每平方英尺在临界部分可获得的压力。在设计模具的时候，通风型心或者模槽应当有大约.050的过载。如果模具出现了工具钢涌入的状况，模具底部将会在通风端减少了.050的负载。使用过载设计可以使空气中的或者通风孔能够取得更高级的控制以及减少突然涌入情况的发生。在设计的全程中将对一个.050纹件平面的过载设计进行反复的修改和校验。在确保不妨碍接触的情况下，模具的纹间平面所获得全部压板能量远大于零件密封在零件周围的压力。通风孔给模具设置通风孔经常是一个构造上的或者实验性的错误的研究。一项有帮助的实践是获得一个没有任何通风孔的原始模具。通过校验最初的零件和注释不饱和区域，将会选择和精确的燃烧与气体积累的通风孔位置。最普遍的通风孔的设计是能够将气体完全从模具中排放到大气中去。“凹”型排气孔的成功设计在模塑高平滑性的BMC材料中获得推广。凹型符合分离线深度标准和在高于分离线.025至.050之上的外轮廓的光泽度，但是，这个类型的通风孔为了额外增加.025至.500的长度而被去除了.006至.008的深度。通风孔最终失去了大气出口。这个类型的通风孔设计的优点在于降低了腔内压力损失的风险。许多这样许多构造将会在缺少大气出口的情况下也能够充分地通风。另一个方法成功的设计方法就是溢流管道。一个溢流管道是在每个渠道的末端的宽度上增加.025。大部分设计都遵循上述的分离线的深度与外轮廓推荐的光泽度。一个溢流管道的长度一般来说是.025至.500。BMC的大量涌流现象是非常微弱的并且更长的溢流管道能够产生不需要的材料堆积在模具表面。在比较大些零件凹型或者气体释放渠道将会被增加溢流以允许更多的气体和激活在正面的树脂而远离零件完全流出。排气套对于允许气体由模具泄露并且保证适当的零件尺寸增大是必须的。排气栓应当被安置在易于泄露气体的区域。气体在轴套末端或者变梁燃烧对于一个零件而言或许并不是急需的。但是这些被俘获的气体可能通过优先与完全模具填充的内部元件而泄露。这一现象将会引起零件表面的严重缺陷。真空系统已经使用了辅助排气套防止不能取得喷射器栓。但是这样只能在此例中有效，真空系统实质上不等同于实际的模具。在80年代初期，工程师们曾经认为要加快产品的研制开发，必须进行大量的研究工作。结果是实际上只进行了较少的研究工作，这是因为产品开发周期的缩短，促使工程师们尽可能地利用现有的技术。研制开发一种创造性的技术并将其应用在新产品上，是有风险的，并且易于招致失败。在产品开发过程中采用较少的步骤是一种安全的和易于成功的方法。对于资金和人力都处于全球性环境中的工程界而言，缩短产品周期也是有益的。能够设计和制造各种产品的人可以在世界各地找到。但是，具有创新思想的人则比较难找到。杜宇你已经进行了6个月的研究开发工作，地理上的距离已经不再是其他人发现他的障碍。如果你的研制周期较短，枝桠你仍然保持领先，这种情况并不会造成严重后果。但是如果你正处在一个长达6年的研制开发过程的中期，一个竞争对手了解到你的研究工作的一些信息，这个项目将面临比较大的麻烦。工程师们在解决任何问题时都需要进行新的设计这种观念很快就过时了。在现代设计中的第一步是浏览因特网或者其他信息系统，看其他人是否已经设计了一种类似于你所需要的产品，诸如传动装置或者换热器等。通过这些信息系统，你可能发现有些人已经有了制造图纸、数控纸带和制造你的产品所需要的其他所有东西。这样，工程师们就可以把他们职业技能集中在尚未解决的问题上。在解决这类问题时，利用工作站和进入信息高速公路可以大大增强工程小组的能力和效率。这些信息时代的工具可以使工程小组利用大规模的数据库。数据库中有材料性能、标准、技术和成功的设计方案等信息。这些经过验证的设计可以同做下载直接应用，或者通过对其进行快速、简单的改进来满足特定的要求。将产品的技术要求通过网络送出去的远程制造也是可行的。你可以建立一个没有任何加工设备的虚拟公司。你可以指示制造商，在产品加工完成后，将其直接送给你的客户。定期访问你的客户可以保证你设计的产品内按照设计要求进行工作。尽管这些研制开发方式不可能对每个公司都完全适用，但是这种可能性是存在的。过去客户设计的产品通常是由小公司来制造。大公司不屑于制造这种产品它们讨厌与特殊定向产品市场，或者是客户设计的小批量产品打交道。“这就是我的产品”，一家大公司这样说“这是我们能够制造出来的最好的产品你应该喜欢它。如果你不喜欢，顺着这条街走有一家小公司，它会按你的要求去做”。今天，因为客户有较大的选择余地，几乎所有的市场都是特殊定向产品市场，如果你不能使你的产品满足某些特定客户的要求，你将失去你的市场份额中的一大部分，或者失去全部份额。由于这些定向产品市场是经常变化的，你的公司应该对市场的变化作出快速的反应。定向产品时常和根据客户要求进行设计这种现象的出现改变了工程师研究工作的方式。今天，研究工作通常是针对解决特定问题进行的。现在许多由政府资助或者由大公司出资开发的技术可以在非常低的成本下被自由使用，尽管这种情况可能是暂时的。在对这些技术进行适当改进后，它们通常能够被直接用于产品开发，这使得许多公司可以节省昂贵的研究经费。在主要的技术障碍被克服后，研究工作应该主要致力于产品的商品化方面，而不是开发新的，有趣的，不确定的替换产品。采用上述观点看问题，工程研究应该致力于消除将已知技术快速商品化的障碍。工作的重点是产品的质量和可靠性，这些在当今的顾客的头脑中是最重要的。很明显，一个质量差的声誉是一个不好的企业的同义词。企业应该尽最大的努力来保证顾客得到合格的产品，这个努力包括在生产线的终端对产品进行严格的检验和自动更换有缺陷的产品。研究工作应该着重考虑诸如可靠性等因素对成本带来的益处。当可靠性提高时，制造成本和系统的最终成本将会降低。如果在生产线的终端产生了30%的废品，这不仅会浪费金钱，也会给你的竞争对手创造一个利用你的想法制造产品，并将其销售给你的客户的良机。提高可靠性和降低成本这个过程的关键是深入、广泛地利用设计软件。设计软件可以使工程师们加快每个阶段的设计工作。然而，仅仅缩短每一阶段的设计时间，可能不会显著地缩短整个设计过程的时间。因而，必须致力于采用并行软件，这样可以使所有设计组的成员都能使用共同的数据库。随着我们步入信息时代，要取得成功，工程师们在技术开发和技术管理方面都应该具有一些独特的知识和经验。成功的工程师们不但应该具有宽广的知识和技能，而且还应该是某些关键技术或者学科的专家，他们还应该在社会因素和经济因素对市场的影响方面有敏锐的洞察能力。将来，花在解决日常工程问题上的费用将会减少，工程师们将会在一些更富有挑战性，更亟待解决的问题上协同工作，大大缩短解决这些问题所需要的时间。我们已经开始了工程实践的新阶段。计算机和网络使工程师们具有了越来越强的解决问题的能力，这也给他们的工作带来了很大的希望和喜悦。为了确保成功我恩所使用的工具的性能和对更好的产品与系统的不断追求应该与标志着在工程方面所有巨大努力的创新工作所带来的喜悦相适应。机械工程是一个伟大的行业，在我们尽可能多地利用了信息时代所提供的机遇后，他将变得更加伟大。计算机正在将制造业带入信息时代。计算机长期以来在商业和管理方面得到了广泛的应用，它正在作为一种新的工具进入到工厂中，而且它如同蒸汽机在100年前使制造业发生改变那样，正在十制造业发生着变革。尽管基本的金属切削过程不太可能发生根本性的变化，但是它们的组成形式和控制必将发生改变。从某一方面可以说，制造业正在完成一个循环。最初的制造业是家庭手工业；设计者本身也是制造者，产品的构思与加工由同一人完成。后来，形成了零件的互换性这个概念，产生被依照专业功能分割开来，可以成批地生产数以千计的相同零件。今天，尽管设计者与制造者不可能再是同一个人，但在向集成制造系统前进的途中，这两种功能已经越来越靠近了。可能具有讽刺意味的是，在市场需求高度多样化的产品的时候，提高生产率和降低成本的必要性促使着制造业超者集成为紧凑的系统方向变化。这是一个连续的过程，在其中零件不需要花费多达95%的生产时间用在运输和等待加工上。计算机是满足这两项要求任何一项的关键。它是能够提供快速反应能力、柔性和来满足多样化市场的唯一工具。而且，它是实现制造系统集成所需要的、能够进行详细分析和利用精确数据的唯一工具。在将来计算机可能会是一个企业生存的基本条件，许多现今的企业将会被生产能力更高的企业组合所取代。这些生产能力更高的企业组合是一些具有非常高的质量、非常高的生产率的工厂。目标是设计和运行一个能够以高生产率的方式生产100%合格产品的工厂。一个采用先进技术的、竞争的世界正在促使制造业开始做更多的工作，使其本身采用先进的技术。为了适应竞争，一个公司会满足一些在某重程度上相互矛盾的要求，诸如产品多样化、提高质量、增加生产率、降低价格。在努力满足这些要求的过程中，公司需要一个采用先进技术的工具，一个能够对顾客的要作出快速反应，而且从制造资源中获得最大收益的工具。计算机就是这样的工具。成为一个具有“非常高的质量、非常高的生产率”的工厂，需要一个非常复杂的系统进行集成。这只有通过采用计算机对机械制造的所有组成部分设计、加工、装配、质量保证、管理和材料装卸及输送进行集成才能完成。例如，在产品设计期间，人机对话式的计算机辅助设计系统使得完成绘图和分析工作所需要的时间比原来减少了几倍，而且精确程度得到了很大的提高。此外，样机的试验与评价程序进一步加快了设计过程。在制订工艺规程时，计算机辅助工艺编制工艺规程可以从数以千计的工序和加工过程中选择最好的加工方案。在车间里，许多独立的微型计算机在控制着机床、操纵着自动装卸料设备和收集关于当前车间状态的信息。但是这些各自独立的改革还远远不够。我们所需要的是由一个共同的软件由始端至终端进行控制的全部自动化的系统。整个系统都会从中受益。基本上，计算机集成可以提供广泛的、及时的和精确的信息，可以改进各部门之间的交流与磋商，实施更加严格的控制，而且通常能增强整个系统的全面质量和效率。例如，改进交流和磋商意味着会使设计具有更好的可制造性。数控编程人员和工艺装备设计人员有机会向产品设计人员提出意见，反之亦然。因而可以减少技术方面的变更，而对于那些必要的变更，可以更有效地进行处理。计算机不仅能够更快地对变更之处做出详细说明，而且还能把变更之后的数据传达给之后的使用者。利用即时更新的生产控制数据可以制订更好的工艺规程和更有效率的生产进度。因而，可以使昂贵的设备得到更好的利用，提高零件在生产过程中的运送效率，减少加工成本。产品质量也可以得到改进。例如，不仅可以提高设计精度，还可以使质量保证部门利用设计数据，避免由于隔阂而产生错误。可以使人们更好地完成工作。通过避免冗长的计算与书写工作这还不算查找资料所浪费的时间计算机不仅使人们更有效地工作，而且还能把他们解放出来去做更需要人们亲自完成的工作与创造性的思考。计算机集成制造还会吸引新的人才进入制造业。能够吸引人才的原因上他们希望得到一个现代化的、技术先进的环境中工作。在制造工程中，CAD/CAM减少了工艺装备设计、数控编程和编制工艺规程所需要的时间。而且，在同时加快了响应速度，这最终将会使目前外围加工的工作由公司内部人员来完成。先进制造技术中的一个最基本的概念是数字控制（NC）。在数控技术出现之前，所有的机床都是由人工操纵和控制的。在与人工控制的机床有关的很多局限性中，操作者的技能大概是最突出的问题。采用人工控制时，产品的质量直接与操作者的技能有关。数字控制代表了从人工控制机床走出来的第一步。数字控制意味着采用预先录制的、存储的符号指令来控制机床和其它制造系统。一个数控技师的工作不是去操纵机床，而是编写能够发出机床操纵指令的程序。对于一台数控机床，其上必须安装有一个被称为阅读机的界面装置，用来接受和解释出编程指令。发展数控技术是为了克服人类操作者的局限性，而且它确实完成了这项工作。数字控制的机器比人工操纵的机器的精度更高，生产出零件的一致性更好、生产速度更快、而且长期的工艺装备成本更低。数控技术的发展导致了制造工艺中其他几项新发明的产生： 电火花加工技术。 激光切削。 电子束焊接。数字控制还使得机床比它们采用人工操控的前辈们的用途更为广泛。一台数控机床可以自动生产很多种类的零件，每一个零件都可以有不同的和复杂的加工过程。数控可以使生产厂家承担那些对于采用人工控制的机床的工艺来说，在经济上是不划算的产品生产任务。同许多先进技术一样，数控诞生于麻省理工学院的实验室中。数控这个概念是50年代初在美国空军的资助下提出来的。在其最初阶段，数控机床可以经济和有效地惊醒直线切割。然而，曲线轨迹成为机床加工的一个问题，在编程时应该采用一系列的水平与竖直的台阶来生成曲线。构成台阶的每一段线越短，曲线就越光滑。台阶中的每一个线段都必须经过计算。在这个问题的促使下，于1959年诞生了自动编程工具（APT）语言。这是一个专门适用数控编程语言，使用类似于英语的语句来定义零件的几何形状，描述切削刀具的形状和规定必要运动。APT语言的研究和发展是在数控技术进一步发展过程中的一大进步。最初的数控系统与今天应用的数控系统有很大的差别。在那时的机床中，只有硬线逻辑电路。指令程序写在穿孔纸带上，采用带阅读机将写在纸带或者磁带上的指令翻译为机器所能够识别的信号。所有这些共同构成了机床数字控制方面的巨大进步。然而，在数控发展的这个阶段中还存在着许多问题。一个主要问题是穿孔纸带的易破坏性。在机械加工过程中，载有编程指令信息的纸带断裂和被撕坏是常有的事情。在机床上每加工一个零件，都需要将载有编程指令的纸带放入阅读机中重新运行一次。因此，这个问题变得很重要，如果需要制造100个某种零件，则应该将纸带分别通过阅读机100次。易损坏的纸带显然不能承受严酷的车间环境和这样的重复使用。这就导致了一种专门的塑料磁带的研制。在纸带上通过采用一系列的小孔来载有编程指令，而在塑料带上通过采用一系列的磁点来载有编程指令。塑料带的强度比纸带的强度要高很多，这就可以解决常见的撕坏和断裂问题。然而，它仍然存在着两个问题。其中最重要的一个问题是，对输入带中的指令进行修改是非常困难的，或者根本不可能的。即使对指令程序进行最微小的调整，也必须中断加工，制作一条新带。而且通过阅读机的次数还必须与要加工的零件的个数相同。幸运的是，计算机技术的实际应用很快就解决了数控技术中与穿孔纸带和塑料带有关的问题。在形成了直接数字控制（DNC）这个概念之后，可以不再采用纸带或者塑料带作为编程指令的载体，这样就解决了与之有关的问题。在直接数字控制中，几台机床通过数据传输线路连接到一台主计算机上。操纵这些机床所需要的程序都存储在这台主计算机中。当需要时，通过数据传输提供给没台机床。直接数字控制上在穿孔纸带和塑料带基础上的一大进步。然而，它也有着同其他依赖于主计算机的技术一样的局限性。当主计算机出现故障时，由其控制的所有机床都将停止工作。这个问题促使了计算机数字控制技术的产生。微处理器的发展为可编程控制器和微型计算机的发展做好了准备。这两种十时微 为计算机数控（CNC）的发展打下了基础。采用CNC技术后，每台机床上都有一个可编程逻辑控制器或者微机对其进行数字控制。这可以使得程序被输入和存储在每台机器的内部。它还可以在机床以外编制程序，并将其下载到每台机床中。计算机数控解决了主计算机发生故障所带来的问题，但是它产生了另一个被称为数据管理的问题。这个问题目前正在解决之中，它是通过采用局部区域网络将各个微机连接起来，以利于更好地进行数据管理。有许多关于机器人这个术语的定义。采用不同的定义，全世界各地机器人的数量就会发生很大的变化。在制造工厂中使用的许多单用途机器可能会看起来很像机器人。这些机器是硬连线的，不能通过重新编程的方式去完成不同的工作。这种单用途的机器人不能满足人们日益广泛接受的关于工业机器人的定义。这个定义是由美国机器人协会提出的：机器人是一个可以改编程序的多功能操作器，被设计用来按照预先编制的能够完成多种作业的运动程序运送材料、零件、工具或者专用设备。注意在这个定义中包含有“可以改编程序”和“多功能”这两个词。正式这两个词将真正的机器人与现代制造工厂中使用的单一用途的机器区分开来。“可以改编程序”这个术语意味着两件事：机器人根据编写的程序工作，以及可以通过重新编写程序来适应不同种类的制造工作的需要。“多功能”这个词意味着机器人能通过编程和使用不同的末端执行机构，来完成不同的制造工作。围绕着这两个关键特征所撰写的定义正在变成为制造业的专业人员所接受的定义。第一个带有活动关节的手臂与1951年被研制出来，由美国原子能委员会使用。在1954年，第一个可以编程的机器人由乔治设计出来。它基于下面两项重要技术：（1） 数字控制技术。（2） 远程操作技术。数字控制技术提供了一种非常适用于机器人的机器控制技术。它可以通过存储的程序对运动进行控制。这些程序包含机器人进行顺序运动的数据，开始运动和停止运动的时间控制信号，以及做出决定所需要的时间。远程操作技术使得一台机器的性能超出一台数控机器。它可以使这种机器能够在不容易进入和不安全的环境中完成各种制造任务。通过融合了上述两种技术，乔治研制出了第一个机器人，它是一个不复杂的，可以编程的物料运送机器人。第一台商业化生产的机器人在1959年研制成功。通用汽车在1962年安装了第一台用于生产线上的工业机器人，它是尤尼梅森公司生产的。在1975年，米兰克朗公司研制出T-3工业机器人，在机器人的控制方面取得了较大的进展。T-3机器人是第一台商业化生产的采用计算机控制的机器人。数字控制技术和远程操作技术推动了大范围的机器人研制和应用。但是主要的技术进步并不仅仅上由于这些新的应用能力而产生的，而是必须由利用这些能力所得到的效益来提供动力。就工业机器人而言，这个动力是经济性。在20世纪70年代中，工资的快速增长大大增加了制造业的企业中的人工费用。与此同时，来自国外的竞争成为美国制造业所面临的一个严峻的考验。诸如日本等外国的制造厂家在广泛地应用了自动化技术之后，其工业产品，特别是汽车，在美国和世界市场中战局了日益增大的份额。通过采用包括机器人在内的各种自动化技术，从70年代开始，日本的制造厂家能比没有采用自动化技术的美国制造厂家生产更好的和更便宜的汽车。随后，为了生存，美国制造厂家被迫考虑采用任何能够提高生产率的技术。为了与国外制造厂家进行竞争，必须以比较低的成本，生产出更好的产品。其他的因素，诸如寻找更好地完成带有危险性的制造工作的方式也促进了工业机器人的发展。但是，主要的理由一直是，而且现在仍然是提高生产率。机器人的一个主要优点是它们可以在对于人类来说是危险的位置上工作。采用机器人进行喊和切断工作是比由人工来完成这些工作更安全的例子。尽管机器人与工作地点的安全密切相关，它们本身也可能是危险的。应该仔细地设计和配置机器人和机器人单元，使它们不会伤害人类和其他机器。应该精确计算出机器人的工作范围，并且在这个范围的四周清楚地标出危险区域。可以采用地面上的红颜色带子和障碍物以阻止工人进入机器人的工作范围。即使有利这些预防措施，在使用机器人的场地中设置一个自动停止工作的系统仍然不失为一个好方法。机器人的这个系统应该具有能够检测出是否有需要自动停止工作的要求的能力。为了保证在适当的时候停止机器人的工作。许多工程师的职责是进行产品设计，而产品是通过对材料的加工制造饿生产出来的。设计工程师在材料的选择制造方法等方面起着关键的作用。一个设计工程师应该比其他的人更清楚地知道他的设计需要达到什么目的。他知道他对使用载荷和使用要求所做的假设，产品的使用环境，产品应该是具有的外观形式。为了满足这些要求，他必须选择和规定所使用的材料。通常，为了利用材料并使用产品具有所期望的形状，设计工程师也知道应该采用那些制造方法。在许多情况下，选择了某种特定材料就可能意味着已经确定了某种必须采用的加工方法。同时，当决定采用某种加工方法后，很可能需要对设计进行修改，以使这种加工方法能够被有效而经济地应用。某些尺寸公差可以决定产品的加工方法。总之，在将设计转变为产品的过程中，必须有人做出这些决定。在大多数情况下，如果设计人员在材料和加工方法反面具有足够的知识，他会在设计阶段做出最为合理的决定。否则，做出的决定可能会降低产品的性能，或者使产品变得过于昂贵。显然，设计工程师是制造过程中的关键任务，如果他们能够进行面向生产的设计，就会给公司带来效益。制造工程师们选择和调整所采用的加工方法和设备，或者监督和管理这些加工方法和设备的使用。一些工程师进行专用工艺装备的设计，以使通用机床能够被用来生产特定的产品。这些工程师们在机床、工艺能力和材料方面必须具有广泛的知识，以使机器在没有过载和损坏，而且对被加工材料没有不良影响的情况下，更为有效地完成所需要的加工工序。这些制造工程师们在制造业也起到重要作用。附录B13Molding Compound Material Composition, Mold DesignBulk Molding Compound (BMC) is a composite material well known for its creep resistance at temperature, flame retardant qualities and dielectric strength. As a member of the family of plastics, BMC has been specified for mature applications such as circuit breakers, headlamp reflectors and other high heat, load bearing items. These parts are generally coated or restricted to the non-visual areas of an end use application. BMC materials, although functional, have been somewhat rudimentary in their approach to ingredient content, mold design and molding processes. The results of these basic techniques have been both positive and negative. BMC is popular as a low cost alternative for non-aesthetic, high heat applications. The downside to a no frills workhorse reputation is that BMC has little association with the higher margin, aesthetic markets.Mold Design:The development invested into a BMC material offering cosmetic properties represents only 33% of the aesthetic part equation. Equal in importance to the BMC formula is the mold design and method of molding. Traditionally, BMC molds have had rather broad design guidelines. Molds that will manufacture aesthetic parts should comply with more specific methods of design. Polyester must be drawn to the surface of a part chemically and mechanically to obtain smooth profile and gloss. Cosmetic BMC requires more accurate (and in many instances greater) heat, pressure and speed to drive gloss factors to market worthy levels. Unlike compression molds designed with vertical sheer edges, injection molds represent a significant challenge in the effort to obtain and maintain optimized cavity pressure. One of the most common trouble spots for an injection mold is the land area. When molding BMC for a glossy and/or deeply pigmented application, lands or vents that inadvertently release cavity pressure will always promote scrap.Land Area The first step to insuring a mold is landing cleanly and completely is to check parallelism using a common bluing agent. The parallelism of a mold should always be checked at operating temperatures. It is helpful to check a molds parallelism in an accurate spotting press as well as the machine the tool will be molded in. Presses have a tendency to be overlooked as a cause of cavity pressure loss and should be checked as well. Vents should also be reviewed periodically to insure they have not become worn beyond their original specifications. In some cases the tool steel is (or has become) flush with the mold base. This dramatically reduces the pounds per square inch available at the parting line. The vented core or cavity should be pre-loaded approximately .050 when designing the mold. If the mold is existing in a flush condition the base should be reduced by .050 on the side of venting. Atmospheric and pool venting can be achieved with superior control and reduced flash buildup using a pre-loaded design. A .050 land elevation should be reviewed and maintained over the life of a program. By insuring unencumbered contact, the mold land is receiving all of the press clamp energy and the pressure seal around the part is far greater. Venting Venting a mold is often a per configuration or trial and error study. A helpful practice is to have an initial mold trial with no vents whatsoever. By reviewing the first parts and noting the areas of non-fill, burn and gas accumulation accurate vent locations can be selected.The most common vent designs carry gas completely out of the mold to atmosphere. Success with pool type vents has gained some popularity for molding high gloss BMC. Pool vents comply with the standard parting line depths and polish outlined above. .250 to .500 away from the parting line, however, pool vents are cut to a depth of .006 to .008 for an additional .250 to .500 length. The vent then terminates without an atmospheric exit. The advantage of a pool design is the reduced risk of cavity pressure loss. Many configurations will vent adequately with no atmospheric exitAnother method that has met with success is the overflow channel. An overflow channel is cut to the width of the part plus .250 per side at the end of flow. (The extra is to insure corners vent well). Most designs follow the parting line depth and polish recommendations outlined above. The length of an overflow is generally .250 to .500. BMC flash is quite weak and longer overflows may promote unwanted material accumulating on the mold face. In larger parts pools or atmospheric release channels may be added to the overflow to allow more gas and activated front resin to flow completely away from the part. Venting blind pockets is necessary to allow the escape of gas from the mold and ensure proper part fill out. Knockout (vent) pins shou4ld be placed in areas likely to entrap gas. Gas related voids and burns on boss tips or ribs may not be critical to the B-surface of a part. This entrapped gas may, however, escape from the mold by baffling back across the internal detail just prior to complete mold fill. This phenomenon can cause significant surface flaws on the A side of a part. Vacuum systems have been used to assist in the venting of blind pockets incapable of receiving ejector pins. Although helpful in this instance, vacuum systems are not equivalent in effectiveness to a properly vented mold.In the early 1980s, engineers thought that massive research would be needed to speed up product development. As it turns out, less research is actually needed because shortened product development cycles encourage engineers to use available technology. Developing a revolutionary technology for use in a new product is risky and prone to failure. Taking short steps is a safer and usually more successful approach to product development.Shorter product development cycles are also beneficial in an engineering world in which both capital and labor are global. People who can design and manufacture various products can be found anywhere in but containing a new idea is hard. Geographic distance is no longer a barrier to others finding out about you r development six months into the process. If youve got a short development cycle, the situation is not catastrophic-as long as you maintain your lead. But if youve in the midst of a six-year development process and a competitor gets wind of your work, the project could be in more serious trouble.The idea that engineers need to create a new design to solve every problem is quickly becoming bobsolete. The first step in the modern design process is to browse the Internet or other information systems to see if someone else has already designed a transmission, or a heat exchanger that is close to what you need. Through these information systems, you may discover that someone already has manufacturing drawings, numerical control tapes, and everything else required to manufacture your product. Engineers can then focus their professional competence on unsolved problems.In tacking such problems, the availability of workstations and access to the information highway dramatically enhance the capability of the engineering tam and its productivity. These information age tools can give the team access to massive databases of material properties, standards, technologies, and successful designs. Such properties designs can be downloaded for direct use or quickly modified to meet specific needs. Remote manufacturing , in which product instructions are sent out over a network, is also possible. You could end up with a virtual company where you dont have to see any hardware. When the product is completed, you can direct the manufacturer to drop-ship it to your customer. People visits to the customer can be made to ensure that the product you designed is working according to the specifications. Although all of these developments wont apply to every company, the potential is there.Custom design used to be left to small companies,. Big companies sneered at it-they hated the idea of dealing with niche markets or small volume custom solutions. “Here is my product,” one of the big companies would say. ”This is the best we can make it-you ought to like it. If you dont , theres smaller company down the street that will work on your problem. ”Today, nearly every market is a niche market, because customers are selective. If you ignore the potential for tailoring your product to specific customers needs, you will lose the major part of your marked share-perhaps all of it. Since these niche markets are transient, your company needs to be in a position to respond to them quickly.The emergence of niche markets and design on demand has altered the way engineers conduct research. Today, research is commonly directed toward solving particular problems. Although this situation is probably temporary, much uncommitted technology, developed at government expense or written off by major corporations, is available today at very low cost. Following modest modifications, such technology can often be used directly in product development, which allows many organizations to avoid the expense of an extensive research effort. Once the technology is free of major obstacles, the research effort can focus on overcoming the barriers to commercialization rather than on pursuing new and interesting, but undefined, alternatives.When view in this perspectives, engineering research must focus primarily on removing the barriers to rapid commercialization of known technologies. Much of this effort must address quality and reliability concerns, which are foremost in the minds of todays consumers. Clearly, a reputation for poor quality is synonymous with bad business. Everything possible-including thorough inspection at the end of the manufacturing line and automatic replacement of defective product-must be done to assure that the customer receives a properly functioning product.Research has to focus on the cost benefit of factors such as reliability. As reliability increases, manufacturing costs and the final cost of the system will decrease. Having 30 percent junk at the end of a production line not only costs a fortune but also creates an opportunity for a competitor to take your idea and sell it to your customers.Central to the process of improving reliability and lowering costs is the intensive and widespread use of design software, which allows engineers to speed up every stage of the design process. Shortening each stage, however, may not sufficiently reduce the time required for the entire process. Therefore, attention must also be devoted to concurrent engineering software with shared databases that can be accessed by all members of the design team.As we move more fully into the Information Age, success will require that the engineer possess some knowledge of and experience in both the development and the management of technology. Success will requires broad knowledge and skills as well as expertise in some key technologies and disciplines; it will also require a keen awareness of the social and economic factors at work in the marketplace. Increasingly, in the future, routine problems will not justify heavy engineering expenditures, and engineers oil be expected to work cooperatively in solving more challenging, more demanding problems in substantially less time. We have begun a new phase in the practice of engineering. It offers great promise and excitement as more and more problem-solving capability success, the capability of the computerized and wired engineer. To assure success, the capability of our tools and the unquenched thirst for better products and systems must be matched by the joy of creation that marks all great engineering endeavors. Mechanical engineering is a great profession, and it will become even greater as we make the most of the opportunities offered by the Information Age.The computer is bringing manufacturing into the Information Age. This mew tool, long a familiar one in business and management operations, is moving into the factory, and its advent is changing manufacturing as certainly as the steam engine changed it 100 years ago.The basic metalworking processes are not likely to change fundamentally, but their organization and control definitely will.In one respect, manufacturing could be said to be coming full circle. The first manufacturing was a cottage industry: the designer was also the manufacturer, conceiving and fabricating products one at a time. Eventually, the concept of the interchangeability of parts was developed, production was separated into specialized functions, and identical parts were produced thousands at a time.Today, although the designer and manufacturer may not become one again, the functions are being drawn close in the movement toward an integrated manufacturing system.It is perhaps ironic that, at a time when the market demands a high degree of product diversification, the necessity for increasing productivity and reducing costs is driving manufacturing toward integration into a coherent system, a continuous process in which parts so not spend as much as 95% of production time being moved around or waiting to be worked on.The computer is the key to each of these twin requirements. It is the only tool that can provide the quick reflexes, the flexibility an speed, to meet a diversified market. And it is the only tool that enables the detailed analysis and the accessibility of accurate data necessary for the integration of the manufacturing system.It may well be that, in the future, the computer may be essential to a companys survival. Many of todays businesses will fade away to be replaced by move-productive combinations. Such more-productive combinations are superquality, superproductivity plants. The goal is to design and operate a plant that would produce 100%satisfactory parts with good productivity. A sophisticated, competitive world is requiring that manufacturing begin to settle for more, to become itself sophisticated,. To meet competition , for example, a company will have to meet the somewhat conflicting demands for greater product diversification, higher quality, improved productivity, and low prices.The company that seeks to meet these demands will need a sophisticated tool, one that will allow it to respond quickly to customer needs while getting the most out of its manufacturing resources.The computer is that tool.Becoming a “superquality, superproductivity” plant requires the integration of an extremely complex system. This can be accomplished only when all elements of manufacturing-design, fabrication and assembly, quality assurance, management, materials handling-are computer integrated.In product design, for example, interactive computer-aided-design systems allow the drawing and analysis tasks to be performed in a fraction of the time previously required and with greater accuracy. And programs for prototype testing and evaluation further speed the design process.In manufacturing planning, computer-aided process planning permits the selection, from thousands of possible sequences and schedules, of the optimum process.On the shop floor, distributed intelligence in the form of microprocessors controls machines, runs automated loading and unloading equipment, and collects data on current shop conditions.But such isolated revolutions are not enough. What is needed is a totally automated system, linked by common software from front door to back.The benefits range throughout the system. Essentially, computer integration provides widely and instantaneously available, accurate information, improving communication between departments, permitting tighter control, and generally enhancing the overall quality and efficiency of the entire system.Improved communication can mean, for example, designs that are more producible. The NC programmer and the tool designer have a chance to influence the product designer, and vice versa.Engineering changes, thus, can be reduced, and those that are required can be handled more efficiently. Not only does the computer permit them to be specified more quickly, but it also alerts subsequent users of the data to the fact that a change has been made.The instantaneous updating of production-control data permits better planning and more-effective scheduling. Expensive equipment, therefore, is used more productively, and parts move more efficiently through production, reducing work-in-process costs.Product quality, too, can be improved. Not only are more-accurate designs produced, for example, but the use of design data by the quality-assurance department helps eliminate errors due to misunderstanding.People are enabled to do their jobs better. By eliminating tedious calculations and paperwork-not to mention time wasted searching for information-the computer not only allow workers to be more productive but also frees them to do what only human beings can do:think creatively.Computer integration may also lure new people into manufacturing. People are attracted because they want to work in a modern, technologically sophisticated environment.In manufacturing engineering, CAD/CAM decrease tool-design. NC-programming, and planning times while speeding the response rate, which will eventually permit in-house staff to perform work that is currently being contracted.One of the most fundamental concepts in the area of advanced manufacturing technologies is numerical control(NC). Prior to the advent of NC, all machine tools were manually operated and controlled. Among the many limitations associated with manual control machine tools, perhaps none is more prominent than the limitation of operator skills. With manual control, the quality of the product are directly related to and limited to the skills of the operator. Numerical control represented the first major step away form human control of machine tools.Numerical control means the control machine tools and other manufacturing system through the use of prerecorded, written symbolic instructions. Rather than operating a machine tool, an NC technician writes a program that issues operational instructions to the machine tool. For a machine tool to be numerically controlled, it must be interfaced with a device for accepting and decoding the programmed instructions, known as a reader.Numerical control was developed to overcome the imitation of human operation, and it has done so. Numerical control machines are more accurate than manually operated machines, they can produce more uniformly, they are faster, and the long-run tooling costs are lower. The development of NC led to the development of several other innovations in manufacturing technology: Electric discharge machining. Laser cutting. Electron beam welding.Numerical control has also made machine tools more versatile than their manually operated predecessors. An NC machine tool can automatically produce a wide variety of parts, each involving an assortment of allowed manufacturers to undertake the production of products that would not have been feasible from an economic perspective using manually controlled machine tool and process.Like so many advanced technologies, NC wan born in the laboratories of the Massachusette Institute of Technology. The concept of NC was developed in the early 1950s with funding provided by the U.S. Air Force. In its earliest stages, NC machines were able to make straight cuts efficiently and effectively.However, curved paths were a problem because the machine tool had to be programmed to undertake a series of horizontal and vertical steps t produce a curve. The shorter the straight lines making up the steps, the smoother is the curve. Each line segment in the steps had to be calculated.This problem led to the development in 1959 of the Automatically Programmed Tool language. This is a special programming language for NC that uses statements similar to English language to define the part geometry, describe the cutting tool configuration, and specify the necessary motions, The development of the APT language was a major step forward in the further development of NC technology. The original NC systems were vastly different from those used today. The machines had hardwired logic circuits. The instructional programs were written on punched paper, which was later to be replaced by magnetic plastic tape. A tape reader was used to interpret the instructions written on the tape for the machine. Together, all of this represented a giant step forward in the control of machine tools. However, there were a number of problems with NC at this point in its development.A major problem was the fragility of the punched paper tape medium. It was common for the paper tape containing the programmed instructions to break or tear during a machining process. This problem was exacerbated by the fact that each successive time a part was produced on a machine tool, the paper tape carrying the programmed instructions had to be rerun through the reader. If it was necessary to produce 100 copies of a given part, it was also necessary to run the paper tape through the reader 100 separate time. Fragile paper tapes simply could not withstand the rigors of a shop floor environment and this kind of repeated use.This led to the development of a special magnetic plastic tape. Whereas the paper tape carried the programmed instructions as a series of holes punched in the tape, the plastic tape was much stronger than the paper tape, which solved the problem of frequent tearing and breakage. However, it still left two other problems.The most important of these was that it was difficult or impossible to change the instructions entered on the tape. To make even the most minor adjustments in a program of instructions, it was necessary to interrupt machining operations and make a new tape. It was also still necessary to run the tape through the reader as many times as there were parts to be produced. Fortunately, computer technology became a reality and soon solve the problems of NC associated with punched paper and plastic tape.The development of a concept known as direct numerical control solved the paper and plastic tape problem associated with numerical control, machine tools are tied, via a data transmission link, to a host computer. Programs for operating the machine tool are stored in the host computer and fed to the machine tool as needed via the data transmission linkage. Direct numerical control represented a major step forward over punched tape and plastic tape. However, it is subject to the same limitations as all technologies that depend on a host computer. When the host computer goes down, the machine tools also experience downtime. This problem led to the development of computer numerical control.The development of the microprocessor allowed for the development of programmable logic controller and microcomputers. These two technologies allowed for the development of computer numerical control. With CNC, each machine tool has a PLC or a microcomputer that serves the same purpose. This allows programs to be input and stored at each individual machine tool. It also allows programs to be developed off-line and downloaded at the individual machine tool. CNC solved the problems associated with downtime of the host computer, but it introduced another problem known as data management. The same program might be loaded on ten different microcomputers with no communication among them. This problem is in the process of being solved by local area networks that connect microcomputers for better data management.There are a variety of definitions of the term robot. Depending on the definition used, the number of robot installations worldwide varies plants that might appear to be robots. These machines are hardwired to perform a single function and cannot be reprogrammed to perform a different function. Such single-purpose machines do not fit the definition for industrial robots that is becoming widely accepted. This definition was developed by the Robot Institute of America:A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator design to move material, parts, tools, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks.Note that this definition contains the words reprogrammable and multifunction. It is these two characteristics that separate the true industrial robot from the various single-purpose machines used in modern manufacturing firms. The term “reprogrammable” implies tow things: The robot operates according to a written program, and this program can be rewritten to accommodate a variety of manufacturing tasks.The term “multifunctional” means that the robot can, through a number of different manufacturing tasks. Definitions written around these two critical characteristics are becoming the accepted definitions among manufacturing professionals.The first articulated arm came about in 1951 and was used by the U.S. Atomic Energy Commission. In 1954, the first programmable robot was designed by George Devol. It was based on two important technologies:(1) Numerical control (NC) technology.(2) Remote manipulation technology.Numerical control technology provided a form of machine control ideally suited to robots. It allowed for the control of motion by stored programs. These programs contain d