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微型 电动机 转子 冲孔 落料模 加工 毕业设计

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天津工程师范学院 2006届毕业设计（论文）微型电动机转子冲孔落料模的加工摘要：现今，具有高强度、高韧性的新型模具材料不断出现，而且结构复杂和工艺要求特殊的模具也越来越多，仅采用传统的机械加工方法来加工，尤其是制造微型零件的冷冲模，就会感到十分困难甚至无法加工。因此，采用电火花成型(EDM)及电火花线切割(WEDM)加工结合CAD/CAM技术这种新型的电加工方法就可以很好地解决这一问题。它可以加工机械加工机床无法加工的微小零件，而且不要求工具材料比工件材料更硬，也不需要在加工过程中施加明显的机械力，而是直接利用电能对工件进行加工，可以达到较高的加工精度和表面粗糙度要求。本次毕业设计主要是在电火花加工工艺分析的基础上，应用CAXA线切割V2版软件，从微型电动机转子冲孔落料模工作单元图形的设计与编辑处理，工艺参数的确定，加工轨迹的生成与仿真，加工代码的生成与传输直至实际的加工操作。关键词：电火花成型电火花线切割CAD/CAM技术冲孔落料模CAXA线切割V2 The Process of The Compound Die for Blanking and Punching of Subminiature Electromotor Rotor Abstract: Today, high strength, high toughness of new material of die flow out continuously now, and the structure complications and request the special technics die also more and more. Thus, adopt the traditional machine work only to process various die, particularly the cutting die that makes the miniature spare parts, will be very difficult and even cant process. Therefore, the adoption electrical discharge machine (EDM) and wire-cut electrical discharge machine (WEDM) to combine this kind of technique of CAD/ CAM to process it and can resolve this problem successfully. It can process the small spare parts that the machine work cant be competent for, and dont request the material of machining tool harder than workpiece, also not need to exert the obvious mechanical force in the process, but make use of the electric power to carry on process to the work piece directly, to attain to certainly machining precision and a request of surface roughness. This graduate design is on the base of the analysis of the electrical discharge machine technics, apply the software-CAXA WEDM V2, design and compile the figure of compound die for blanking and punching of subminiature electromotor rotor, confirm the technics parameter, make and simulate the machining track, make and transmit the machining code, and operate machine tool practically.Keywords: Electrical discharge machine Wire-cut electrical discharge machine The technology of CAD/CAM Compound die for blanking and punchingCAXA WEDM V2天津工程师范学院 2006届毕业设计（论文）第1章 绪论电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining 简称EDM），在20世纪50年代开始研究并逐步应用于生产。电火花加工是一种电、热能加工方法。利用工具和工件两极间脉冲放电时局部瞬时产生的高温把金属腐蚀去除来对工件进行加工的一种方法。当用脉冲电流作用在工件表面上时，工件表面上导电部位即立即熔化，若脉冲能量足够大时，金属将直接气化，熔化的金属强烈飞溅而抛离电极表面，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。在这一加工过程中我们可看到放电过程中伴有火花，因此将这一加工方法称为电火花加工。电火花加工工艺方法按工具电极和工件相对运动的方式和加工用途不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属于电火花成型和尺寸加工，是用以改变零件形状或尺寸的加工方法。后者则属于表面加工方法，用于改善或改变工件表面性质。其中电火花线切割加工是以移动着的细金属丝做电极，在电极与工件之间产生火花放电，并同时按要求的形状驱动工件进行加工。由于线切割机床的加工速度和精度的迅速提高，目前已达可与坐标磨床相竞争的程度，主要用于如模具等高硬度难加工材料、机械零部件的加工，而且加工应用范围越发广泛。 模具是大批生产同形产品的工具是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。在模具型面加工中，电火花加工机床以其独特性能和技术的不断进步，电火花加工机床今后仍将在模具工业中发挥其独特的作用，并获得进一步的发展。 50年代后期，电加工工艺开始在模具制造中应用。从60年代初开始，电火花成形机床和电火花线切割机床在模具制造中的应用不断发展，促进了模具制造技术的提高和模具工业的发展。随着电加工技术的不断发展，电加工在模具加工中所占比例逐步提高，电火花加工机床在模具工业的应用也越来越多，但直到目前，电加工在模具制造仍旧起着极其重要的作用。本次设计主要通过对微型电动机转子冲孔落料模的电火花加工过程：在线切割加工工艺分析的基础上，应用CAXA线切割V2版软件，从待加工零件图形的作图与编辑、加工轨迹的生成与仿真、加工代码的生成与传输，直到实际加工操作。加深同学们对特种加工课程的理解，掌握线切割加工中最实用的技术，具备线切割机床的编程、操作能力，适应机械制造行业对数控线切割加工人才的需要。第2章电火花线切割及电火花成型加工的基本原理2.1 电火花线切割加工概述2.1.1 电火花线切割加工的原理线切割加工(WEDM)是电火花线切割加工的简称,它是用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割。线切割机床通常分为两类：快走丝与慢走丝。前者是电极丝作高速往复运动，走丝速度为8m/s10m/s,国产的线切割机床多是此类机床。慢走丝机床的电极作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。快走丝的加工精度可达0.01mm，表面粗糙度Ra为1m2.5m.，慢走丝的加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra可达0.3m。线切割机床的控制方式有靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制等方式，但目前国内外95%以上的线切割机床都已数控化，采用不同水平的数控系统：单片机、单板机、微机。微机数控是当今的趋势。线切割加工由于采用细金属丝作工具电极，无需制作成型工具电极，大大降低了成型工具电极的设计、制造费用，缩短了生产准备时间，而且细的电极丝可以加工微细的异型孔、窄缝和复杂的工件。由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗较小，从而对加工精度的影响较少。2.1.2 线切割机床的基本结构线切割机床由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件几部分组成。机床本体主要由床身、坐标工作台、卷丝机构、丝架等几个部分组成。脉冲电源主要由脉冲信号发生器、推动放大器、功率放大器、直流供电电源组等部分组成。数控系统的核心是固化在专用计算机里的系统软件，程序很复杂，控制的内容很多。但从硬件上、从其接口电路和外部设备上看，主要有步进电机的控制电路、控制步进图21 加工工件与电极丝间配电布置的示意图电机进给速度的变频取样电路和其他的一些辅助功能的接口电路等。图21是加工工件与电极丝间配电布置的示意图。2.2 线切割加工的工艺参数及其影响因素2.2.1 线切割加工的工艺参数线切割加工的工艺参数分为电参数和机械参数两类。电参数是指脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲频率、峰值电流、开路电压等。机械参数则包括进给速度和走丝速度等。脉冲宽度是指脉冲电流的持续时间。在其他加工条件相同的情况下，切割速度随着脉冲；宽度的增加面增加，但电蚀物也随之增加。当脉冲宽度增加到使电蚀物来不及及时排除，加工间隙的绝缘强度来不及恢复，破坏加工的稳定性，也会使切割速度下降。峰值电流是指放电电流的最大值。峰值电流对切割速度的影响也就是单个脉冲能量对加工速度的影响，它和脉冲宽度对切割速度和表面粗糙度的影响相似，但程度更大些。因此，合理的增大脉冲电流的峰值，对提高切割速度是最为有效的。但电极丝的损耗也随之增大。容易造成断丝欲速而不达。开路电压改变峰值电流和电加工间隙。提高开路电压，加工间隙增大，排屑容易，提高了切割速度和加工稳定性，但是容易造成电极丝振动，加大电极丝的耗损。在一定范围内，随走丝速度的提高，加工速度也提高。提高走丝速度有利于电极丝将工作液带入较厚的工件放电间隙中，有利于电蚀的排除和放电加工的稳定。但走丝速度过高，将加大机械振动、降低精度和切割速度，表面粗糙度恶化，并容易断丝。快走丝线切割的走丝速度一般小于10m/s。进给速度太快时，超过工件可能的蚀除速度，切割速度反而会降低，表面粗糙度也差，甚至引起断丝；反之，进给速度太低时，大大落后于工件的蚀除速度，也将影响到切割面的表面质量。因此，要综合考虑各参数对加工的影响，合理地选择工艺参数，在保证工件加工精度的前提下，提高生产率、降低生产成本。2.2.2线切割加工的工艺指标线切割加工的主要工艺指标有切割速度v、工件表面粗糙度Ra、电极丝损耗量及加工精度四个方面。单位时间内所切割工件面积称为线切割的切割速度（mm/min），也有用电极丝沿加工轨迹的进给速度作为线切割的切割速度。它是一个生产指标，常用来估算工件的切割时间，以便安排生产计划及估算成本，因此，线切割加工工件的加工价格基本上按切割面积计算，综合考虑工件的质量要求。通常快走丝线切割速度为4080mm/min，与加工电流大小有关。切割速度与进给速度v、工件厚度vf、切割面积、切割时间t、切割轨迹长度L之间的关系可用下式表示。v=vfH=A/t=HL/t选择切割速度时要综合考虑工件材料、脉冲电源参数、工作液的浓度及水质等因素。快走丝线切割加工的表面粗糙度为Ra52.5m，最佳可达Ra1m左右，慢走丝线切割一般可达到Ra2.5m，最佳可达到Ra0.2m。由于快走丝线切割的电极丝是循环使用的，为保证切割工件的质量必须规定电极丝的损耗量。它是用切割1000m面积后电极丝直径的减少量来表示。一般要求每切割1000m后电极丝直径的减少量不应大于0.01mm。影响电极丝损耗量的因素主要是脉冲电源、电极丝直径、工件材质与厚度。加工精度包括所加工工件的尺寸精形状精度（直线度、平面度、圆度等）和位置精度（平行度、垂直度、倾斜度等）。快走丝线切割的加工精度在0.010.02mm左右，慢走丝线切割可达0.0050.002m左右。机床工作台及走丝系统的精度、工件材料的变形是影响线切割加工精度的主要因素。2.2.3线切割加工工艺设计线切割加工一般是作为工件加工中的最后的一道工序（最终热处理工序也安排在线切割之前）。线切割加工要使工件达到图纸要求的尺寸、精度和粗糙度等各项工艺指标。因此，必须做好加工前的准备，认真地对零件进行分析，合理地安排加工路线，选定加工参数。图22是数控线切割加工工艺设计的主要步骤。2.2.4 沙迪克A500-E型慢走丝机床简介本次毕业设计所用到的线切割机床是日本沙迪克（SODICK）公司生产的型号为A500-E型慢走丝机床，该机床有很高的定位精度及重复定位精度，可达0.005mm，表面粗糙度可达0.4m，适用加工各种精密淬硬件，形状复杂零件及各种异形孔，冷冲模具等难加工零件并可加工上下异形工件。工作台行程为X500mm Y350mm。有X、Y、U、V传动轴可实现四轴联动，该机床加工精度高，应用范围广，通常加工冷切削不易完成的零件，是模具制造中不可缺少的设备。分析零件图样 工艺处理 数学处理 编写程序单输入数控系统程序校验合 格数控机床切割加工NoYes图22 数控线切割加工工艺设计2.3 电火花成型加工概述2.3.1 电火花成型加工原理精密数控电火花成型机是为了适应工业飞速发展，尤其是模具制造工业发展而设计的新型机床，有较高的加工工艺指标，应用广泛，用于电机、仪表、电器、汽车制造、宇航、家电、轻工、军工等多种行业中的模具制造加工可以加工各种中小型冲裁模（落料模、复合模和级进模），型腔模（精密压铸、压延、塑料、玻璃制品、粉末冶金和胶木等），各种超硬度材料，异型曲面零件，坐标也零件及成型零件。机床可以加工0.1mm以上的孔径和0.2mm以上的窄缝，切割各种硬质合金和取折断工具等，能对碳素钢、工具钢、淬火钢、硬质合金钢以及其他高硬度金属材料进行放电加工，是加工复杂模具和复杂零件的理想设备。数控电火花成型机也是专门对导电材料进行标准化电火花加工而设计的。它还可以实现无人操作自动加工，大同谋提高生产效率和经济效益。电火花加工技术是一种在绝缘液体介质中，对金属导体材料进行连续的、周期性的电火花放电的电腐蚀加工，还可以进行打孔、切割等加工。其加工原理如下。用石墨、钢、铜等导电材料做成工具电极常称电极，被加工的电场材料做成工作电极称工件。电火花加工是在电极和工件之间通入绝缘液体介质，并在电极和工件上接入高频脉冲电源。调节和移动电极与工件之间的距离。在一定间隙范围内，在高频脉冲电源发出一系列的脉冲电压作用下，绝缘液体介质被击穿，产生两极放电。能量放电较大，两极间隙在几十微米范围。较小能量的细放电，两极间隙也需有25m。在放电的瞬间，两极间产生高温和高压放电柱，即是电击穿，在放电基部产生可达3000C的高温，引起金属表面结构熔化或者电离，还可以使绝缘液体产生汽化等。由于绝缘液体介质在油泵作用产生压力，具有冲洗作用，并能将击穿产生的熔化、汽化或电离的碳化物冲走，汽化的扩展也能使金属粒子被分散。由于放电产生的金属离子、气体、焦油产物扩散后，在工件和电极之间又形成绝缘介质，下一次放电又在两极间产生极间电压。当放电加工一个接着一个产生后，在工件上产生粗糙的放电表面。一次放电后，绝缘液体介质的恢复时间是放电加工时间的2倍。对一个高电流脉冲，需要短的放电时间，一次放电时间大约需用几个微秒到几个毫秒，通常放电频率从几百赫兹到几千赫兹。引起电击穿状态持续一个规定的时间周期就是放电脉冲宽度。电火花成型机就是利用这一电腐蚀原理进行加工的。它还可以先进行工具电极的成型加工，再利用工具电极对其他金属导电材料的工件进行电火花仿形加工，使得工件与工具电极成相似型或相同，从而完成对各种各样的复杂模具和复杂零件的仿形加工。2.3.2 电火花成型机床的基本结构电火花成型加工机床结构有多种形式，根据不同的加工对象，通用机床的结构形式有如下几种：龙门式、滑枕式、悬臂式、框形立柱式、台式、便携式。图23为其中一种结构示意图。电火花成型加工机床由床身、立柱、主轴头、工作台、工作液循环过滤器和附件等部分组成。它主要用于支承、固定工件和电极，其传动机构可调整工件与电极的相对位置，实现电极的进给运动。为减少机床变形，保持必要的精度，机床各主要部分要有一定的刚度。坐标工作台安装在床身上，主轴头安装在立柱上，其布局与立铣相似。机身和立柱是机床的主要基础件，要求机床的工作面与立柱导轨面具有一定的垂直度，导轨应耐磨和充分消除内应力。作纵、横向移动的工作台，一般是用刻度手轮来调节位置的丝杆、螺母装置。精度要求高的机床，采用光学坐标读数装置、磁尺数显装置。随着微机、数控技术的发展，已有三坐标伺服控制以及主轴和工作台回转运动并加三向伺服控制的五坐标数控机床，机床的坐标位移精度为1m。主轴头是电火花成型机床最关键的部件，是自动调节系统中执行机构。要求主轴头结构简单、传动链短、传动间隙小、热变形小，具有足够的精度和刚度以适应自动调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载的要求。主轴头主要由进给系统、导向防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。随着步进电机、力矩电机和数控直流交流伺服电机的出现和技术进步，电火花机床中已越来越多地采用电-机械式主轴头。图23电火花机床结构示意图第3章数控线切割CAD/CAM技术及CAXA V2软件简介3.1 CAD/CAM技术简介CAD/CAM是指计算机辅助设计及辅助制造。当前，随着科学技术的飞速发展，CAD/CAM在工业领域的应用越来越广泛，并将逐渐地成为机械制造业的主导力量。CAD/CAM技术的研究、开发、推广及应用水平已是衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一。对于过去没有应用CAD/CAM技术和DNC直接数控方式的电火花线切割加工，人们通常在工艺分析之后，手工编制加工程序，将图样上工件的形状和尺寸（欲切割的轮廓）转换成程序指令，采用键盘输入、制成穿孔纸带、磁带等方式传给控制计算机，很不方便且效率不高。现在应用CAD/CAM技术和DNC直接数控方式后，可以利用计算机进行设计，以人机交互图形方式完成零件几何图形计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成并输入机床执行加工全过程，操作过程形象生动，效率高、出错机率低，实现CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造。图31是数控线切割CAD/CAM编程过程。3.2 CAXA线切割V2简介线切割加工软件大体上分为三种类型，一是线切割机床厂开发的配套编程软件，地是一些在通用CAD绘图软件（如AutoCAD）平台上经过二次开以发的编程软件，三是软件开发商专为数控线切割加工开发的CAD/CAM集成软件。第一种类型的软件针对性强，但在功能及操作方便性方面存在不足，因此，有些数控线切割机床生产厂扬长避短选用成熟的专业编程软件配套，自己只专心机床功能与性能的提高，效果较好。第二类软件主要是一些研究单位与院校做的一些研究成果，真正商品化的软件产品并不多见。第三种类型的软件即是所谓的商品化编程软件，其中比较有代表性的是AutoP、YH、CAXA线切割（CAXA-WEDM）,前三种主要是3B、4B格式编程，CAXA-WEDM则可以编写3B、4B及ISO格式的线切割加工程序。此处，国外一些通用的CAD/CAM软件中（如MasterCAM）也有线切割编程模块。目前国内使用最广泛的是AutoP、CAXA-WEDM软件，由于某些原因，AutoP目前仍然停留在DOS平台，近几年几乎没有改进，显得落后。CAXA线切割V2（CAXA-WEDM）是由北京北航海尔软件有限公司开发的线切割自动编程系统，是面向线切割加工行业的CAD/CAM集成软件，它可以为各种高低速走丝线切割机床提供数控编程代码，可输出3B、4B及ISO格式的线切割加工程序，它基于目前国内的二维绘图软件CAXA电子图板平台，因此操作方便性较好，而且价格便宜，国内一些著名线切割机床生产厂已经选作配套软件，最新版本的操作系统平台是Windows，是当前国内最好的线切割CAD/CAM软件之一。工件图形计算机化 切割工艺规划 走丝轨迹生成 轨迹编辑切割仿真NC程序联机传送后置处理3B格式程序生成ISO、4B格式程序生成实际切割加工图31 数控线切割CAD/CAM编程过程。第4章微型电动机转子冲孔落料模的设计模具按用途可分为冷冲压模具、塑料模具等。冷冲压模具主要用于金属及非金属板料的压力加工，其加工方式可分为分离和成形模具两大类。分离模具指按一定轮廓线将工件与板料分开。它包括切断模、冲裁模、切边模。其中，冲裁模又包括落料模和冲孔模。 成形模具指在不破坏板料的条件下，通过塑性变形获得所要求的形状和尺寸精度。它包括弯曲模、拉深模、翻边模、整形模。按结构可分为简单模、复合模和级进模。本次毕业设计的微型电机转子模具是采用电火花成型及电火花线切割加工的属于同时具有冲裁和落料功能的复合模。4.1 微型电动机转子的设计基于工作量的限制及降低成本的考虑，转子采取简化设计，材料为45号钢，厚度0.5mm，尺寸公差按IT14计算。图41为转子的尺寸示意图。转子尺寸公差按IT14计算，而本模具公差等级要求比它高3级，为IT11，符合复合模的冲压精度。模具材料选择适用形状复杂，耐磨、耐冲击具有良好韧性和淬透性的淬火Cr12MoV。图41 转子尺寸4.2 微型电动机转子冲孔落料模工作单元设计本次毕业设计只要求设计校核模具的工作单元，包括凸模、凹模及凸凹模，不要求设计完整的模具体。4.2.1初拟凸模、凹模及凸凹模尺寸(1) 合理间隙的选择。设材料厚度为0.5mm，45号钢，根据板料冲压模具设计表12得双面最小合理间隙为2Cmin0.03mm，增大间隙的极限偏差2C+0.01mm。(2) 凸、凹模分开加工时尺寸与公差的计算凸模和凹模分别按各自的图纸加工到最终尺寸的加工方法称之为凸、凹模分开加工法。要求在凸模、凹模图纸上分别标注刃口尺寸及其制造公差。加工时，由于二者没有依赖关系，故没有先后顺序要求。落料时，设料件尺寸为D，根据上述原则，先确定凹模尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：Dd=(D-x)+d 0Dp=(Dd-2Cmin) 0 p=(D-x-2Cmin) 0 p式中Dd、Dp分别为落料凸、凹模基本尺寸，mm；D为落料件基本尺寸，mm；为落料件公差，mm；Cmin为凸、凹模的最小单面间隙，mm；p、d分别为凸、凹制造公差，mm；按d/4，p（1/41/5）；x是因数，x0.51,它与工件公差等级有关：当工件公差等级为IT10级以上时，取x1；当工件公差等级为IT11IT13级时，取x0.75；当工件公差等级为IT14级以下时，取x0.5。冲孔时，设冲孔尺寸为d+ 0，根据上述原则，先确定凸模尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：dp(d+x)0 pdd(dp+2Cmin)+d 0(d+x+2Cmin)+d 0式中dp、dd分别为冲孔凸、凹模基本尺寸，mm；d为冲孔件基本尺寸，mm；其他符号的意义与上面的公式相同。根据板料冲压模具设计，冲孔时先确定凸模工作部分尺寸，其大小取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格的冲孔件。凸凹模冲孔工作部分基本尺寸应比凸模基本尺寸大一个最小合理间隙值（工件等级按IT14处理）。因此可得： 冲孔凸模基本尺寸 dp=(d+x)0 -p =(6+0.50.3)0-0.075=6.150-0.075查表得=0.3mm凸凹模冲孔工作部分基本尺寸dd(dp+2Cmin)+d 0(6+0.50.3+0.03)+0.075 0=6.18+0.075 0同理，根据板料冲压模具设计，落料时先确定凹模工作部分尺寸，其大小取接近或等于工作的最小极限尺寸，以保证凸凹模磨损到一定尺寸范围内，仍能冲出合格的转子工件。凸凹模落料工作部分基本尺寸应比凹模基本尺寸小一个最小合理间隙值（工件等级按IT14处理）。因此可得：(单位：mm)凹模落料工作部分20外圆 Dd1=(D-x)+d 0=(20-0.50.52)+0.13 0=19.84+0.13 0查表得=0.52mm凸凹模落料工作部分20外圆 Dp1=(Dd-2Cmin) 0 p= (19.84-0.03) 0 0.13=19.81 0 0.13凹模落料工作部分12外圆 Dd2=(D-x)+d 0=(12-0.50.43)+0.108 0= 11.785+0.108 0凸凹模落料工作部分12外圆Dp2=(Dd-2Cmin) 0 p= (11.785-0.035)+0.108 0= 11.7550 -0.1084.2.2 凸模、凸凹模的强度及长度的校核计算(1) 冲裁力的计算落料时：P冲=Ltb=(462+103.14+63.14) 300=29.472KN冲孔时：P冲= Ltb=(63.140.5600)=5.652KN其中，L为冲裁线长度，mm。t为板料厚度，mm。b为板料的抗拉强度，MPa。(2) 凸模强度校核为了计算方便，假设凸模工作端面受着均布的压应力，则抗压强度条件是：理不难得出，凸模工作端面的压应力为=P/F其中为凸模工作端面的压应力，理为凸模材料的许用压应力，P为凸模工作端面承受的压力，F为凸模工作端面面积。经查表得Cr12MoV的许用压应力理1839MPa落料时：= P/F =29.472/(543.14)=173.81MPa1839MPa 所以安全冲孔时：= P/F =5.652/(93.14)=63.69MPa1839MPa 所以安全(3) 凸模长度校核当凸模最小断面小而又较长时，为了防止压弯失稳，必须对纵向弯曲应力进行验算长度校核。验算纵向弯曲应力，根据压杆失稳的欧拉公式进行。压杆失稳临界力Pcr=EJ/nl为使凸模在冲裁力P作用下稳定平衡（不失稳），必须满足PPcr 即PEJ/nl从中解出 l(EJ/nP)1/2 其中，l为凸模自由段长度，mm；n为安全系数，一般取n=23；为长度系数，不同约束条件取值不同；E为凸模材料的弹性模量，模具钢为2.210MPa；J为凸模危险断面的轴惯性矩，mm；P为冲裁力，N。有导向的凸模，其力学模型为一端固定另一端铰支的情况，长度系数=(1/2)，取n=3，则有 l1200(J/P)所以，只有当凸模的自由段长度不超过其最大值时，才可保证凸模不发生纵向弯曲失稳。故，冲孔时的凸模长度为l1200(J/P)=12003636/(645652) =127.304mm。取凸模长度为24mm。落料时凸凹模长度为l1200(J/P)=1200J/29472 =359.447mm其中J=(20-6)/64-(20-12)/642=7786.415-3416.32=4370.09 mm取其长度为34mm。4.2.3凹模设计，确定凹模尺寸。凹模厚度据板料冲压模具设计，选厚度为14mm，壁厚选20mm。4.3其它机构设计选用弹性卸料装置，弹性材料为硬橡皮或聚氨酯橡胶，卸料板厚度为10mm，设计推件装置用于将工序料从凹模中推出，凸凹模固定板采用线切割加工与凸凹模过盈配合，凸模凹模及其固定板与模架用螺钉固定，模架按国家标准选用，不作赘述。工作单元零件的尺寸公差在附录图中标出，其它均为示意图。相关模具图纸见附录3。第5章冲孔落料模电火花加工的工艺流程一本次毕业设计对复合模的电火花加工可采用两套工艺流程，一是采用线切割加工凸凹模、凹模，二是线切割加工凸凹模，再用电火花成型加工凹模，下面先介绍第一套工艺流程。基于时间和工作量的关系，本次毕业设计只加工模具的工作单元件，即凹模、凸模、凸凹模。5.1 工件技术要求工件材料: Cr12MoV。工件尺寸要求见图1所示。凸凹模配合间隙：0.03mm加工表面粗糙度：Ra1.01.25m。5.2工艺方法全部采用线切割机床加工凸凹模、凹模，采用车削方法加工凸模及凸凹模背孔。5.3工件在电火花加工前的工艺路线(1)下料，用轧制的棒料在锯床上切断。(2)锻造，将棒料锻成较大的圆形毛坯。(3)退火。(4)铣毛坯的上下两平面。(5)热处理，淬火、回火，检查硬度。(6)磨削平面。5.4电火花线切割加工操作流程5.4.1 工件的工艺基准电火花线切割时，除了要求工件具有工艺基准面或工艺基准线外，同时还必须具有线切割加工基准。由于电火花线切割加工多为本模具加工的最后一道工序，因此已具有规则、精确的外形，与工作台X、Y平行并垂直于工作台水平面的两个面并符合六点定位原则，所以选择其中一面作为加工基准面是可行的。5.4.2电极丝的选择选用适用于慢走丝机床的黄铜电极丝（含70%的铜和30%锌），线径0.25mm。5.4.3穿丝孔的加工采用台钻先钻后铰的方法，在坯料中心加工直径为4，距中心25mm处加工直径为4的穿丝孔。凹模（或凹形类封闭形工件）在切割前必须具有穿丝孔，以保证工件的完整性，这是显而易见的。凸模（或凸形类工件）的切割也有必要加工穿丝孔。由于坯件材料在切断时，会破坏材料内部应力的平衡状态而造成材料的变形，影响加工精度，严重时甚至造成夹丝、断丝。当采用穿丝孔时，可以使工件坯料保持完整，从而减少变形所造成的误差。凹模的穿丝孔位于其中心位置，这样既便于穿丝孔加工位置准确，又便于控制坐标轨迹的计算。凸模的穿丝孔应设置在加工起始点附近的已知坐标点或便于计算的坐标点上，这样可以大大缩短无用切割行程和简化有关轨迹控制的运算。由于穿丝孔直径不宜太小或太大及保证孔径尺寸精度，采用钻铰、钻镗或钻车等较精密的机械加工方法，由于多个穿丝孔都要作为加工基准，所以更要如此。穿丝孔的位置精度和尺寸精度一般要等于或高于工件要求的精度。5.4.4 加工路线的选择避免从工件端面开始加工，应从穿丝孔开始加工，开始应从离开工件夹具的方向进行加工（即不要一开始加工就趋近夹具），最后再转向工件夹具的方向。具体路线在自动编程部分介绍。5.4.5 工件的装夹首先将夹具与工作台面固定好，保持工件基准部位清洁无毛刺。采用压板螺钉的悬臂支撑方式，根据工件厚度调整Z轴至适当位置并锁紧。5.4.6工件位置的找正启动沙迪克A500-E型慢走丝机床，进行储丝筒上丝、穿丝和工件位置的找正。工件位置的校正。在工件安装到机床工作台上后,在进行夹紧前,应先进行工件的平行度校正,即将工件的水平方向调整到指定角度,一般为工件的侧面与机床运动的坐标轴平行。采用拉表法，具体步骤是利用磁力表座，将百分表固定在丝架或者其他固定上，百分表头与工件基面进行接触，往复移动XY坐标工作台，按百分表指示数值调整工件。必要时校正可在三个方向进行。电极丝与工件的相对位置。用电极丝与工件接触短路的检测功能进行测定。这时给电极丝加上比实际加工时大30%50%的张力，并让电极丝在匀速条件下运行（启动走丝）。采用以下3种校正方式：(1)电极丝垂直校正：让电极丝与安装在工作台上的垂直校正器的上、下测量刃口接触，不断地调节电极丝的位置，当电极丝接近垂直校正器的测量刃口，上下指示灯同时亮时，即可认为电极丝已在垂直位置。校正应在X、Y两个方向进行，而且一般重复23次，以减少垂直误差。(2)端面校正：其方法是让电极丝自动地向工件端面接近，一般第一次接近是快速，然后退回一个距离，减速之后第二次再向工件接近，根据事先设定的次数，反复进行，最后一次完成之后定位灯亮，定位结束。从这位置开始，再考虑电极丝的丝径值进行补偿，就是工件端面的位置。这种校正方法总会有一定的误差，因此要重复几次取平均值。校正时要几次减速是为了减少工作台进给时的惯性，防止压弯电极丝带来误差。端面校正也要在X、Y两个方向进行。(3)自动找中心：自动找中心是让电极丝在工件孔的中心定位。与找正端面方法一样，根据电极丝与工件的短路信号来确定孔的中心位置。首先让电极丝在X轴或Y轴方向与孔壁接触，然后返回，向相反的对面壁部靠近，再返回到两壁距离的1/2处的位置，接着在另一轴的方向进行上述过程。这样经过几次重复，就可以找到孔的中心位置。当误差达到所要求的设定值之后，找中心就结束。5.4.7 加工准备(使用CAXA线切割2进行CAD/CAM)简单地说就是利用CAXA线切割V2的CAD功能绘制加工图形生成加工轨迹及加工仿真生成线切割加工程序及校核将线切割加工程序传输给线切割加工机床。(1)启动CAXA线切割V2，利用绘图工作栏进行凸凹模及凹模绘制。根据数控线切割加工自动编程，加工冷冲模具的凹凸模具时，为了延长模具的使用寿命应使切割轨迹偏离公差带中心，按加工情况的不同，其图上尺寸的计算也不同，凸凹模落料工作部分尺寸dA=d+(0.751)T，凹模工作部分尺寸DA=d-(0.751)T。所以，根据这两个公式，可以算得图上尺寸为： (单位：mm)凸凹模落料工作部分20外圆dA=d+0.75T19.81+0.750.13= 19.910凸凹模落料工作部分 12外圆dA=d+0.75T11.755+0.750.108= 11.845凹模工作部分 20外圆DA=d-(0.751)T19.84-0.750.13= 19.74凹模工作部分 12外圆DA=d-(0.751)T11.785-0.750.108= 11.705凸凹模冲孔工作部分6 孔DA=d-(0.751)T6.18-0.750.075=6.125凸凹模及凹模编程尺寸如图51。(2)加工轨迹的生成轨迹生成，其过程以凸凹模为例进行说明。单击下拉菜单中“线切割”“轨迹生成”，该对话框有2个选项框：“切割参数”和“偏移量补偿量”。其中“切割参数”有五个区，切入方式、加工参数、补偿实现方式、拐角过渡方式、样条拟合方式。切入方式选择直线切入方式。加工参数中，由于沙迪克A500-E型慢走丝机床加工精度可达0.005mm，所以轮廓精度定为0.005mm；在慢走丝机床上，一般采用四次切割：凸凹模编程尺寸凹模编程尺寸图51 凸凹模及凹模编程尺寸粗加工、半精加工、精加工、超精加工，所以切割次数选定为4；支撑宽度，当选择多次切割次数时，该选项的数值指定为每次切割的加工轨迹始末点之间的宽度，加工凸凹模外轮廓时定为20mm，加工凹模及凸凹模内孔时定为0mm。锥度角度定为零。补偿实现方式选择轨迹生成时自动实现补偿。拐角过渡方式采用默认的圆角过渡。样条拟合方式采用圆弧拟合。计算偏移量补偿量。编程时首先要确定电极丝中心运动轨迹与切割轨迹之间的偏移量，f为电极丝半径和单边放电间隙之和，即f=d/2+z其中d为电极丝直径，z为单边放电间隙。放电间隙与工件材料、结构、走丝速度、电极丝的张紧情况、导轮的运行状态、工作液种类、供液状况及清洁程度、加工的脉冲电源电压、脉宽、间隔等情况有关。一般可以根据脉冲参数与放电间隙关系的基本规律估算出放电间隙。偏移量f的准确与否，将直接影响到工件加工的尺寸精度。对加工精度要求比较高的工件，放电间隙往往需要通过切割一正方形试件后实测得到。当线切割需分粗精加工时,就要求粗加工时为精加工（或后继加工）留有一定余量，即需加大偏移量f值。根据经验数值可以得到四次线切割加工的单边放电间隙及加工预留量：切割次数项目第一次第二次第三次第四次单边放电间隙0.015mm0.015mm0.012mm0.010mm加工预留量0.07mm0.03mm0.01mm0mm故粗加工时的偏移量f= d/2+z+，为半精加工余量，半精加工时的偏移量f= d/2+z+，为精加工余量，精加工时的偏移量f= d/2+z+，为超精加工余量，超精加工时的偏移量f= d/2+z，所以粗加工偏移量f= d/2+z 1+=0.21mm半精加工时的偏移量f= d/2+z+ = 0.17mm精加工时的偏移量f= d/2+z+=0.147mm超精加工时的偏移量f= d/2+z=0.135mm“切割参数”及“偏移量补偿量”选项卡见图52及图53。图52 切割参数选项卡图53 偏移量补偿量选项卡拾取轮廓线。加工分别拾取凸凹模外轮廓和内轮廓。选择完轨迹生成参数后，单击“确定”按钮，屏幕提示拾取轮廓，拾取完毕后单击鼠标右键。此时被拾取的轮廓线变为虚线，同时在拾取点的切线位置出现两个方向相反的箭头，屏幕提示选择链搜索方向，选择一个箭头方向作为切割方向。同时在拾取点的法向方向又出现一对方向相反的箭头，屏幕再次提示选择加工的侧边或补偿方式，也就是电极丝的偏移方向，外轮廓选择向外偏移，内轮廓选择向内偏移。根据实际加工情况选择电极丝的补偿方式，系统自动执行命令。选择完补偿方向后，屏幕提示拾取穿丝点，用鼠标或键盘确定穿丝点的位置单击左键即可，加工内轮廓的穿丝点为工件中心。穿丝点拾取完毕后，屏幕再次提示输入退出点。直接回车则退出点与穿丝点重合，系统自动计算加工轨迹，单击鼠标右键结束命令。(3)轨迹跳步。当同一个零件存在多个加工轨迹时（如凸凹模），为确保轨迹间的相对位置，通常希望把各个加工轨迹连接成一个轨迹，从而实现一次切割完成。为此CAXA线切割软件提供了轨迹跳步命令。单击下拉菜单“线切割”“轨迹跳步”，屏幕提示拾取加工轨迹。分别选取已生成凸凹模内外轮廓轨迹，右击，系统自动将各个加工轨迹按拾取的先后顺序连接成一个跳步加工轨迹，各个轨迹采用首尾相接的方式连接。见图54。图54轨迹跳步(4)轨迹仿真。轨迹仿真命令是生成加工轨迹后，在计算机中模拟实际加工过程中切割工件的状况。单击下拉菜单中“线切割”“轨迹仿真”。CAXA线切割提供了2种轨迹仿真方式：动态和静态。动态，单击“1：”，选择“连续”方式，单击“2：”，输入步长数值，此数值控制电极丝的仿真运动速度，步长值越大，仿真运动速度越快，在此输入步长0.001。按屏幕提示拾取加工轨迹，完毕后单击鼠标右键结束命令，系统将完整地模拟动态加工的全过程。见图55。静态，单击“1：”，选择“静态”方式，按屏幕提示拾取加工轨迹，完毕后单击鼠标右键结束命令，系统将加工轨迹用阿拉伯数字标出加工的先后顺序。图55动态仿真(5)后处理生成G代码单击下拉菜单中“线切割”“生成G加工代码”，系统弹出文件保存路径对话框。在对话框中输入生成G加工代码的文件名，选择保存路径，单击“保存”按钮。此时屏幕提示拾取加工轨迹，如果拾取多个加工轨迹，则系统自动将各个加工轨迹按先后顺序连接起来，实现轨迹跳步的功能。完成轨迹拾取，单击鼠标右键，系统自动生成加工代码。系统自动生成的凸凹模及凹模加工代码见附录2。(6)运用串口方式传输G代码单击下拉菜单中“线切割”“传输与后置”，并在弹出的代码传输工具栏中单击串口传输图标。系统弹出串口传输对话框，选定各参数后，单击“确认”。操作机床，使数控系统处于接收状态。单击确认，系统开始传输G代码。操作控制器，检查程序是否完全被传输。5.4.8 线切割加工(1) 移动X、Y轴坐标确立切割起始位置。开启工作液泵，调节喷嘴流量，工作液选用去离子水。(2) 运行已传输的G代码开始切割工件，调整加工参数（选择电规准）。系统在放电切割加工状态下，可来高速加工脉冲宽度、脉冲间隙等参数，最基本的选择方法：脉冲宽度与放电量成正比，脉冲宽度越宽，每一周期放电时间所占的比例就越大，切割效率越高。此时加工较稳定，但放电间隙大。相反脉冲宽度越小，工件切割表面质量高，但切割效率较低。脉冲间隙与放电量成反比，间隙越大，单脉冲放电时间减少，加工稳定，切割效率降低，但有利于排屑。高频功率管数越多，加工电流越大，切割效率高，但工件的表面粗糙度变差。(3) 实际加工中，根据经验数值选择电规准：粗加工脉冲宽度：40s； 脉冲间隔：260s；脉冲放电电流：5A；脉冲电压：100 V； 半精加工脉冲宽度：30 s；脉冲间隔：200s；脉冲放电电流：4A；脉冲电压：80 V；精加工脉冲宽度：20 s；脉冲间隔：100s；脉冲放电电流：2A；脉冲电压：75 V；超精加工脉冲宽度：60 s；脉冲间隔：32s； 脉冲放电电流：1A；脉冲电压：70 V；第6章冲孔落料模电火花加工的工艺流程二6.1工艺方法首先用电火花线切割加工凸凹模，以其作为电火花成型的工具电极打凹模，反打正用。6.2 凹模电火花成型加工操作流程工件技术要求，工件在电火花加工前的工艺路线，凸模与凸凹模加工手段均与工艺流程一相同。可使用的电火花成型机床为北京恒源电火花机床厂制造的D7135电火花成形机床和JF80B脉冲电源。6.2.1 凹模电火花成型加工前的工艺路线在要加工的凹模毛坯上，采用线切割加工一孔，尺寸与凸凹模的孔尺寸精度一致为6.18+0.075 0。车定位心轴，半精车尺寸至6.150-0.075，加工公差等级为IT11，达到与凸凹模孔及凹模毛坯孔间隙配合。6.2.2 电火花成型加工装夹、校正、固定(1)工具电极：以定位心轴作为基准，校正后予以固定。(2)工件：将工件自由放置工作台，将校正并固定后的电极定位心轴插入已加工的对应的孔，然后旋转工件，使预加工刃口孔对准凸凹模(电极)，最后予以固定。6.2.3 加工规准(1)粗加工脉宽：20s；间隔：50s；放电峰值电流：24 A；脉冲电压：173 V；加工电流：78 A；加工深度：穿透；加工极性：负；下冲油(2)精加工脉宽：2s；间隔：2050/s；放电峰值电流：24 A；脉冲电压：80 V；加工电流：34 A；加工深度：穿透；加工极性：负；下冲油。6.2.4 预计加工效果(1)配合间隙：0.03mm(2)斜度：0.03mm（单面）(3)加工表面粗糙度：Ra1.01.25m结 论鉴于电火花成型加工反打正用易产生误差，又考虑到加工条件及成本，最终采用工艺流程一，加工出凸凹模及凹模。加工完毕后，要对工件进行尺寸精度和表面粗糙度等项目的检验，确定与图纸要求的符合性。(1) 尺寸精度的检验 选用游标卡尺、内外径千分尺对尺寸进行检验。(2) 表面粗糙度的检验 可采用电火花加工表面粗糙度等级比较样板目测或手感进行检验。经检验，工件实际尺寸和表面粗糙度基本符合预期要求。以白纸模拟板料，试冲出的转子无毛刺，证明模具合理间隙选择得当，且尺寸精度符合公差要求。使用线切割机床加工的微型电动机转子冲孔落料模，是其它机加工机床所不能或难于加工的。线切割加工所用工具材料既不需比工件材料硬，也不需要在加工过程中施加明显的机械力，加工速度快而精度高，所以有理由相信电火花加工机床不但在过去和现在在模具工业中的应用十分广泛，而且今后也必将发挥其重要作用。参 考 资 料1 王贵成 张根喜. 精密与特种加工, 第1版,武汉理工大学出版社, 2001,56-622 单岩 夏天数控线切割加工，第1版，机械工业出版社，2004，3-93 王连英数控线切割机床加工技术，第1版，武汉理工大学出版社，2004，5-84 廖卫献.数控线切割加工自动编程, 第1版, 国防工业出版社, 2004,1-65 王贵成 张根喜. 精密与特种加工, 第1版, 武汉理工大学出版社, 2001,70-726 廖卫献.数控线切割加工自动编程, 第1版, 国防工业出版社, 2004,7-187 张秉璋.板料冲压模具设计, 第1版, 西北工业大学出版社, 1997,9-108 张秉璋.板料冲压模具设计, 第1版, 西北工业大学出版社, 1997,10-159 王秀凤 万良辉.冷冲压模具设计与制造, 第1版,北京航空航天大学出版社, 2005,61-6410 张秉璋.板料冲压模具设计, 第1版,西北工业大学出版社, 1997,63-6611 黄毅宏 李明辉.模具制造工艺, 第1版,机械工业出版社,2004,187-19912 单岩 夏天数控线切割加工，第1版，机械工业出版社，2004，120-13113 廖卫献.数控线切割加工自动编程, 第1版,国防工业出版社，2004,110-13214 王贵成 张根喜.精密与特种加工, 第1版,武汉理工大学出版社, 2001, 65-78致 谢历时三个月的毕业设计结束了，在此，我要由衷地感谢在我毕业设计阶段，乃至本科四年学习生活中帮助过我的师长与同学。四年的大学学习使我获得了一定的专业知识，为我以后走向工作岗位打下了良好的基础。毕业设计是毕业生大学四年的最后一次综合性的训练课,通过毕业设计这一环节使我收获很大。通过本次毕业设计,培养了我综合运用所学的知识和技能的能力,独立分析和解决问题的能力,同时也提高了我们的学习能力以及理论联系实际的能力。在设计的过程中,尤其是开始阶段，由于所学知识有限,我对电火花和线切割及CAXA软件不够了解,所以使我面临很多的困难，当我们的指导老师马苏常了解到我们的情况后及时、热心的给我们讲解并无偿地提供了我们毕业设计当中所需用的软件。在马苏常老师的帮助和同组同学的共同探讨下, 增强了我克服困难的自信心和责任感。三个月的毕业设计，指导老师给予了我极大的帮助,使我学到了许多书本上学不到的东西。老师们治学严谨、知识渊博、诲人不倦，在学术和为人上都为我作出了榜样。在老师的帮助下，使我的毕业设计课题能够顺利开展，并取得一定阶段性成果。在此，我向他们表示最真挚的感谢。我还要深深地感谢数控车间的袁国强老师，由于我对电火花线切割机床不够熟悉,他们在操作上给了我很大的帮助，他们的耐心使我深受感动，他们渊博的知识使我受益非浅。同时感谢与我一同进行毕业设计的同组同学：刘霞、杨健、黎敬铁等。正是大家的共同努力、激烈研讨，才使我的设计课题顺利完成。附录1: 英文资料及翻译Characteristics of Stamping and Properties of Sheet Metal FormingStamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming of the material under the action of a dieStamping is usually carried out under cold state，so it is also called cold stampingHeat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8l00mmThe blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip，and therefore it is also called sheet metal formingSome nonmetal sheets(such as plywood，mica sheet，asbestos，leather)can also be formed by stampingStamping is widely used in various fields of the metalworking industry，and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles，instruments，military parts and household electrical appliances，etcThe process equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stampingThe characteristics of the sheet metal forming are as follows： (1)High material utilization(2)Capacity to produce thinwalled parts of complex shape(3)Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape and dimension(4)Parts with lightweight，highstrength and fine rigidity can be obtained(5)High productivity，easy to operate and to realize mechanization and automatizationThe manufacture of the stamping die is costly，and therefore it only fits to mass productionFor the manufacture of products in small batch and rich variety，the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center，are usually adopted to meet the market demandsThe materials for sheet metal stamping include mild steel，copper，aluminum，magnesuim alloy and high，plasticity alloysteel，etcStamping equipment includes plate shear and punching pressThe former shears plate into strips with a definite widthwhich would be pressed later，The later cart be used both in shearing and forming1.1 Characteristics of stamping formingThere are various processes of stamping forming with different working patterns and namesBut these processes are similar to each other in plastic deformationThere are following conspicuous characteristics in stamping：(1)The force per unit area perpendicular to the blank surface is not large but is enough to cause the material plastic deformationIt is much less than the inner stresses on the plate plane directionsIn most cases stamping forming can be treated approximately as that of the plane stress state to simplify vastly the theoretical analysis and the calculation of the process parameters(2)Due to the sinail relative thickness，the antiinstability capability of the blank is weak under compressive stress As a result，the stamping process is difficult to proceed successfully without using the antiinstability device(such as blank holder)Therefore the varieties of the stamping processes dominated by tensile stress are more than those dominated by compressive stress(3)During stamping forming，the inner stress of the blank is equal to or sometimes less than the yield stress of the materialIn this point，the stamping is different from the bulk formingDuring stamping forming，the influence of the hydrostatic pressure of the stress state in the deformation zone to the forming limit and the deformation resistance is not so important as to the bulk formingIn some circumstances, such influence may be neglectedEven in the case when this influence should be considered，the treating method is also different from that of bulk forming(4)In stamping forming，the restrain action of the die to the blank is not severe as in the case of the bulk forming (such as die forging)In bulk rotating，the constraint forming is proceeded by the die with exactly the same shape of the partWhereas in stamping，in most casesthe blank has a certain degree of freedom，only one surface of the blank contactswith the dieIn some extra cases，such as the forming of the suspended region of sphere or cone，and curling at the end of tube，neither sides of the blank on the deforming zone contact with the dieThe deformation in these regions are caused and controlled by the die applying an external force to its adjacent areaDue to the characteristics of stamping deformation and mechanics mentioned above，the stamping technique is different from the bulk metal forming：(1)The importance of the strength and rigidity of the die in stamping forming is less than that in bulk forming because the blank can be formed without applying large pressure per unit area on its surfaceInstead，the techniques of the simple die and the pneumatic and hydraulic forming are developed(2)Due to the plane stress or simple strain state in comparison with bulk forming，more research on deformation or force and power parameters has been doneStamping forming can be performed by more reasonable scientific methodsBased on the real time measurement and analysis on the sheet metal properties and stamping parameters，by means of computer and FK)me modern testing apparatus，research on the intellectualized control of stamping process is also in proceeding(3)It is shown that there is a close relationship between stamping forming and raw materialThe research on the properties of the stamping forming，that is，forming ability and shape stability，has become a key point in stamping technologyThe research on the Droperties of the sheet metal stamping not only meets the need of the stamping technology development, but also enhances the manufacturing technique of iron and steel industry，and provides a reliable foundation for increasing sheet metal quality1.2 Categories of stamping formingMany deformation processes can be done by stamping，the basic processes of the stamping can be divided into two kinds：cutting and formingCutting is a shearing process that one part of the blank is cut from the otherIt mainly includes blanking，punching，trimming，parting and shaving，where punching and blanking are the most widely usedForming is a process that one part of the blank has some displacement from the otherIt mainly includes deep drawing，bending，local forming， bulging，flanging，necking，sizing and spinningIn substance，stamping forming is such that the plastic deformation Occurs in the deformation zone of the stamping blank caused by the external forceThe stress state and deformation characteristic of the deformation zone are the basic factors to decide the properties of the stamping formingBased on the stress state and deformation characteristics of the deformation zone，the forming methods can be divided into several categories with the same forming properties and to be studied systematicallyThe deformation zone in almost all types of stamping forming is in the plane stress state Usually there is no force or only small force applied on the blank surfaceWhen it is assumed that the stress perpendicular to the blank surface equals to zero，two principal stresses perpendicular to each other and act on the blank surface produce the plastic deformation of the materialDue to the small thickness of the blank，it is assumed approximately that the two principal stresses distribute uniformly along the thickness directionBased on this analysis， the stress state and the deformation characteristics of the deformation zone in all kinds of stamping forming can be denoted by the points in the coordinates of the plane principal stresses(diagram of the stamping stress)and the coordinates of the corresponding plane principal strains(diagram of the stamping strain)The different points in the figures of the stamping stress and strain possess different stress state and deformation characteristics冲压成形的特点与板材冲压成形性能 冲压是通过模具使板材产生塑性变形而获得成品零件的一种成形工艺方法。由于冲压通常在冷态下进行，因此也称冷冲压。只有当板材厚度超过8lOOmm时，才采用热冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。某些非金属板材(如胶木板、云母片、石棉、皮革等)亦可采用冲压成形工艺进行加工。 冲压广泛应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位。 冲压成形需研究工艺、设备和模具三类基本问题。 板材冲压具有下列特点： (1)材料利用率高。 (2)可加工薄壁、形状复杂的零件。 (3)冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。 (4)能获得质量轻而强度高、刚性好的零件。 (5)生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。冲压模具制造成本高，因此适合于大批量生产。对于小批量、多品种生产，常采用简易冲模，同时引进冲压加工中心等新型设备，以满足市场求新求变的需求。板材冲压常用的金属材料有低碳钢、铜、铝、镁合金及高塑性的合金钢等。如前所述，材料形状有板材和带材。 冲压生产设备有剪床和冲床。剪床是用来将板材剪切成具有一定宽度的条料，以供后续冲压工序使用，冲床可用于剪切及成形。11冲压成形的特点 生产实践中所采用的冲压成形工艺方法有很多，具有多种形式和名称，但其塑性变形本质是相同的。冲压成形具有如下几个非常突出的特点。 (1)垂直于板面方向的单位面积上的压力，其数值不大便足以在板面方向上使板材发生塑性变形。由于垂直于板面方向上的单位面积上压力的数值远小于板面方向上的内应力，所以大多数的冲压变形都可以近似地当作平面应力状态来处理，使其变形力学的分析和工艺参数的计算等工作都得到很大的简化。 (2)由于冲压成形用的板材毛坯的相对厚度很小，在压应力作用下的抗失稳能力也很差，所以在没有抗失稳装置(如压边圈等)的条件下，很难在自由状态下顺利地完成冲压成形过程。因此，以拉应力作用为主的伸长类冲压成形过程多于以压应力作用为主的压缩类成形过程。 (3)冲压成形时，板材毛坯内应力的数值等于或小于材料的屈服应力。在这占上，冲压成形与体积成形的差别很大。因此，在冲压成形时变形区应力状态中的静水压力成分对成形极限与变形抗力的影响，已失去其在体积成形时的重要程度，有些情况下，甚至可以完全不予考虑，即使有必要考虑时，其处理方法也不相同。 (4)在冲压成形时，模具对板材毛坯作用力所形成的约束作用较轻，不像体积成形(如模锻等)是靠与制件形状完全相同的型腔对毛坯进行全面接触而实现的强制成形在冲压成形中，大多数情况下，板材毛坯都有某种程度的自由度，常常是只有一个表面与模具接触，甚至有时存在板材两侧表面都不与模具接触的变形部分。在这种情况下，这部分毛坯的变形是靠模具对其相邻部分施加的外力实现其控制作用的。例如，球面和锥面零件成形时的悬空部分和管坯端部的卷边成形等都属这种情况。 由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了一些与体积成形不同的特点。 (1)由于不需要在板材毛坯的表面施加很大的单位压力即可使其成形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不十分重要，相反地却发展了许多简易模具技术。由于相同的原因，也促使靠气体或液体压力成形的工艺方法得以发展。 (2)因冲压成形时的平面应力状态或更为单纯的应变状态(与体积成形相比)，当前对冲压成形中毛坯的变形与力能参数方面的研究较为深入，有条件运用合理的科学刀法进行冲压加工。借助于电子计算机与先进的测试手段，在对板材性能与冲压变形参数进行实时测量与分析的基础上，实现冲压过程智能化控制的研究工作也在开展。 (3)人们在对冲压成形过程有了较为深入的了解后，已经认识到冲压成形与原材料有十分密切的关系。所以，对板材冲压性能即成形性与形状稳定性的研究，目前已成为冲压技术的一个重要内容。对板材冲压性能的研究工作不仅是冲压技术发展的需要，而且也促进了钢铁工业生产技术的发展，为其提高板材的质量提供了一个可靠的基础习与依据。1.2冲压变形的分类 冲压成形工艺可完成多种工序，其基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法，主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应用最广。变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工艺方法，主要有拉深、弯曲、局部成形、胀形、翻边、缩径、校形、旋压等。 从本质上看，冲压成形就是毛坯的变形区在外力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定冲压成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变形特点进行的冲压成形分类，可以把成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。 绝大多数冲压成形时毛坯变形区均处于平面应力状态。通常认为在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其数值也是较小的，所以可以认为垂直于板面方向上的应力为零，使板材毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布的。基于这样的分析，可以把各种形式冲压成形中的毛坯变形区的受力状态与变形特点，在平面应力的应力坐标系中(冲压应力图)与相应的两向应变坐标系中(冲压应变图)以应力与应变坐标决定的位置来表示。也就是说，冲压应力图与冲压应变图中的不同位置都代表着不同的受力情况与变形特点。CAD/CAM SystemsComputer-aided design (CAD) means the use of a computer to assist in the design of an individual part or a system, such as an aircraft. The design process usually involves computer graphics.Computer-aided manufacturing (CAM) means the use of a computer to assist in the manufacture of a part. CAM can be divided into two main classes: 1 .On-line applications, namely, the use of the computer to control manufacturing systems in real time, such as CNC and AC systems of machine tools. 2 .Off-line applications, namely, the use of the computer in production planning and non-real-time assistance in the manufacturing of parts.CAD/CAM is a unified software system, in which the CAD portion is interfaced inside the computer with the CAM system. The end result of current CAD/CAM systems is usually a part program in the form of a list or a punched tape. In advanced CAD/CAM systems part programs can be directly fed into the control computers of CNC machines and inspection stations.The main concept of CAD/CAM systems is the generating of a common database which is used for all the design and manufacturing activities. These include specifications of the product, conceptual design, final design, drafting, manufacturing activities. These include specifications of the product, conceptual design, final design, drafting, manufacturing , and inspection. At each stage of this process, data can be added, modified, used, and distributed over networks of terminals and computers .The single database provides a substantial reduction in human errors and a significant shortening of the time required from the introduction of a concept of a product to the manufacturing of the final physical product.The size and capability of the required computer system depend on the complexity of the product. In the aerospace and aeronautics industry, where a complete aircraft can be designed with a CAD/CAM processor, the system must accommodate new data and changes in data arriving from a variety of users. Therefore these systems must have a strong data management capability. By contrast, if a company designed simple products, the required CAD/CAM systems would need only one computer terminal. Today the major users of CAD/CAM systems are the aerospaces and automotive industries, but the declining price of these systems enlarge the number of other users.Advanced CAD/CAM systems include solid geometry modeling capability, in addition to the wire frame mode diagrams. The solid description is important when NC verification programs are included in the CAM system, and the changing status of the workpiece during machining simulation should be observed.In recent years CAD/CAM technology has improved industry productivity. It is a significant step toward the design of the factory of the future.计算机辅助设计制造系统计算机辅助设计意思是用计算机帮助设计单个信件或设计系统,如航空器。设计过程经常包括计算机绘图。计算机辅助制造意思是用计算机来帮助腥风血雨零件。CAM可分为两种主要类型：在线应用，即用计算机实时控制加工系统，比如计算机数字控制（CNC）以及耐磨的自适应（AC）；离线应用，即在产品的规划以及非实时辅助教育体制加工时使用计算机。CAD/CAM是一个统一的软件系统，其中CAD部分是在计算机内与CAM连接在一起的。当今CAD/CAM系统的最终结果通常是程序列或穿孔带形式的零件程序。先进的CAD/CAM系统中，零件程序可直接输入到控制数控机床的计算机及检验站中。CAD/CAM系统中的主要构想是生成可用于所有设计及加工动作的通用数据库。这其中包括：产品的规格化、设计构想、最终设计、绘图、加工及检验。在此过程中的每一个阶段，数据都必须可添加、修改、使用以及分配给工作站的终端和计算机中。单个的数据库从实质上减少了人为误差，极大地缩短了从产品设计构想到制造出最终实际成品抽需的时间。所需计算机系统的大小及容量取决于产品的复杂程度。在航空航天工业中，要用CAD/CAM处理器完成航天器设计，系统必须能够容纳从不同用户处得到的新的数据以及对数据的修改。因此，它们所用的系统必须有强大的数据处理能力。与之相对，如果公司设计的产品简单，所需的CAD/CAM只需一个计算机终端即可。如今CAD/CAM系统的主要用户是航天工业及汽车工业。但是随着CAD/CAM系统价格的降低，也增加了其他方面用户的数量。先进的CAD/CAM系统除了有线框方式图形外还包括固体几何模块功能。当系统中涉及数控检验程序以及加工时要求同时观测零件的变化状况时，固体几何模块描述就很重要。最近几年CAD/CAM技术已经提高了工业生产率。CAD/CAM技术是朝向未来工厂设计方向迈出的重要一步。附录2：凸凹模及凹模G代码凸凹模G代码41N10 T84 T86 G90 G92X1.423Y11.397;N12 G01 X0.210 Y6.129 ;N14 G01 X0.210 Y9.955 ;N16 G03 X0.000 Y10.165 I-0.210 J0.000 ;N18 G03 X-5.082 Y8.803 I0.000 J-10.165 ;N20 G03 X-5.159 Y8.516 I0.105 J-0.182 ;N22 G01 X-3.246 Y5.203 ;N24 G03 X-5.203 Y3.246 I3.246 J-5.203 ;N26 G01 X-8.516 Y5.159 ;N28 G03 X-8.803 Y5.083 I-0.105 J-0.181 ;N30 G03 X-10.165 Y0.000 I8.803 J-5.083 ;N32 G03 X-9.955 Y-0.210 I0.210 J0.000 ;N34 G01 X-6.129 Y-0.210 ;N36 G03 X-5.413 Y-2.883 I6.129 J0.210 ;N38 G01 X-8.726 Y-4.796 ;N40 G03 X-8.803 Y-5.082 I0.105 J-0.181 ;N42 G03 X-5.083 Y-8.803 I8.803 J5.082 ;N44 G03 X-4.796 Y-8.726 I0.105 J0.182 ;N46 G01 X-2.883 Y-5.413 ;N48 G03 X-0.210 Y-6.129 I2.883 J5.413 ;N50 G01 X-0.210 Y-9.955 ;N52 G03 X0.000 Y-10.165 I0.210 J0.000 ;N54 G03 X5.083 Y-8.803 I0.000 J10.165 ;N56 G03 X5.159 Y-8.516 I-0.106 J0.182 ;N58 G01 X3.246 Y-5.203 ;N60 G03 X5.203 Y-3.246 I-3.246 J5.203 ;N62 G01 X8.516 Y-5.159 ;N64 G03 X8.803 Y-5.082 I0.105 J0.182 ;N66 G03 X10.165 Y0.000 I-8.803 J5.082 ;N68 G03 X9.955 Y0.210 I-0.210 J0.000 ;N70 G01 X6.913 Y0.210 ;N72 G01 X6.825 Y0.170 ;N74 G01 X9.955 Y0.170 ;N76 G02 X10.125 Y0.000 I0.000 J-0.170 ;N78 G02 X8.769 Y-5.062 I-10.125 J0.000 ;N80 G02 X8.536 Y-5.125 I-0.148 J0.085 ;N82 G01 X5.189 Y-3.192 ;N84 G02 X3.192 Y-5.189 I-5.189 J3.192 ;N86 G01 X5.125 Y-8.536 ;N88 G02 X5.062 Y-8.769 I-0.148 J-0.085 ;N90 G02 X0.000 Y-10.125 I-5.062 J8.769 ;N92 G02 X-0.170 Y-9.955 I0.000 J0.170 ;N94 G01 X-0.170 Y-6.090 ;N96 G02 X-2.898 Y-5.359 I0.170 J6.090 ;N98 G01 X-4.830 Y-8.706 ;N100 G02 X-5.063 Y-8.769 I-0.148 J0.085 ;N102 G02 X-8.769 Y-5.062 I5.063 J8.769 ;N104 G02 X-8.706 Y-4.830 I0.148 J0.085 ;N106 G01 X-5.359 Y-2.898 ;N108 G02 X-6.090 Y-0.170 I5.359 J2.898 ;N110 G01 X-9.955 Y-0.170 ;N112 G02 X-10.125 Y0.000 I0.000 J0.170 ;N114 G02 X-8.769 Y5.063 I10.125 J0.000 ;N116 G02 X-8.536 Y5.125 I0.148 J-0.085 ;N118 G01 X-5.189 Y3.192 ;N120 G02 X-3.192 Y5.189 I5.189 J-3.192 ;N122 G01 X-5.125 Y8.536 ;N124 G02 X-5.062 Y8.769 I0.148 J0.085 ;N126 G02 X0.000 Y10.125 I5.062 J-8.769 ;N128 G02 X0.170 Y9.955 I0.000 J-0.170 ;N130 G01 X0.170 Y6.090 ;N132 G01 X0.147 Y6.068 ;N134 G01 X0.147 Y9.955 ;N136 G03 X0.000 Y10.102 I-0.147 J0.000 ;N138 G03 X-5.051 Y8.749 I0.000 J-10.102 ;N140 G03 X-5.105 Y8.548 I0.074 J-0.128 ;N142 G01 X-3.161 Y5.181 ;N144 G03 X-5.181 Y3.161 I3.161 J-5.181 ;N146 G01 X-8.548 Y5.105 ;N148 G03 X-8.749 Y5.051 I-0.073 J-0.127 ;N150 G03 X-10.102 Y0.000 I8.749 J-5.051 ;N152 G03 X-9.955 Y-0.147 I0.147 J0.000 ;N154 G01 X-6.068 Y-0.147 ;N156 G03 X-5.328 Y-2.907 I6.068 J0.147 ;N158 G01 X-8.695 Y-4.850 ;N160 G03 X-8.749 Y-5.051 I0.074 J-0.127 ;N162 G03 X-5.051 Y-8.749 I8.749 J5.051 ;N164 G03 X-4.850 Y-8.695 I0.073 J0.128 ;N166 G01 X-2.907 Y-5.328 ;N168 G03 X-0.147 Y-6.068 I2.907 J5.328 ;N170 G01 X-0.147 Y-9.955 ;N172 G03 X0.000 Y-10.102 I0.147 J0.000 ;N174 G03 X5.051 Y-8.749 I0.000 J10.102 ;N176 G03 X5.105 Y-8.548 I-0.074 J0.128 ;N178 G01 X3.161 Y-5.181 ;N180 G03 X5.181 Y-3.161 I-3.161 J5.181 ;N182 G01 X8.548 Y-5.105 ;N184 G03 X8.749 Y-5.051 I0.073 J0.128 ;N186 G03 X10.102 Y0.000 I-8.749 J5.051 ;N188 G03 X9.955 Y0.147 I-0.147 J0.000 ;N190 G01 X6.774 Y0.147 ;N192 G01 X6.747 Y0.135 ;N194 G01 X9.955 Y0.135 ;N196 G02 X10.090 Y0.000 I0.000 J-0.135 ;N198 G02 X8.738 Y-5.045 I-10.090 J0.000 ;N200 G02 X8.554 Y-5.094 I-0.117 J0.068 ;N202 G01 X5.177 Y-3.145 ;N204 G02 X3.145 Y-5.177 I-5.177 J3.145 ;N206 G01 X5.094 Y-8.554 ;N208 G02 X5.045 Y-8.738 I-0.117 J-0.067 ;N210 G02 X0.000 Y-10.090 I-5.045 J8.738 ;N212 G02 X-0.135 Y-9.955 I0.000 J0.135 ;N214 G01 X-0.135 Y-6.056 ;N216 G02 X-2.911 Y-5.312 I0.135 J6.056 ;N218 G01 X-4.861 Y-8.689 ;N220 G02 X-5.045 Y-8.738 I-0.117 J0.068 ;N222 G02 X-8.738 Y-5.045 I5.045 J8.738 ;N224 G02 X-8.689 Y-4.861 I0.117 J0.068 ;N226 G01 X-5.312 Y-2.911 ;N228 G02 X-6.056 Y-0.135 I5.312 J2.911 ;N230 G01 X-9.955 Y-0.135 ;N232 G02 X-10.090 Y0.000 I0.000 J0.135 ;N234 G02 X-8.738 Y5.045 I10.090 J0.000 ;N236 G02 X-8.554 Y5.094 I0.117 J-0.067 ;N238 G01 X-5.177 Y3.145 ;N240 G02 X-3.145 Y5.177 I5.177 J-3.145 ;N242 G01 X-5.094 Y8.554 ;N244 G02 X-5.045 Y8.738 I0.117 J0.067 ;N246 G02 X0.000 Y10.090 I5.045 J-8.738 ;N248 G02 X0.135 Y9.955 I0.000 J-0.135 ;N250 G01 X0.135 Y6.056 ;N252 G01 X0.210 Y6.129 ;N254 M00 ;N256 G02 X2.883 Y5.413 I-0.210 J-6.129 ;N258 G01 X4.796 Y8.726 ;N260 G02 X5.083 Y8.803 I0.182 J-0.105 ;N262 G02 X8.803 Y5.082 I-5.083 J-8.803 ;N264 G02 X8.726 Y4.796 I-0.182 J-0.105 ;N266 G01 X5.413 Y2.883 ;N268 G02 X6.129 Y0.210 I-5.413 J-2.883 ;N270 G01 X6.913 Y0.210 ;N272 G01 X6.825 Y0.170 ;N274 G01 X6.090 Y0.170 ;N276 G03 X5.359 Y2.898 I-6.090 J-0.170 ;N278 G01 X8.706 Y4.830 ;N280 G03 X8.769 Y5.062 I-0.085 J0.147 ;N282 G03 X5.063 Y8.769 I-8.769 J-5.062 ;N284 G03 X4.830 Y8.706 I-0.085 J-0.148 ;N286 G01 X2.898 Y5.359 ;N288 G03 X0.170 Y6.090 I-2.898 J-5.359 ;N290 G01 X0.147 Y6.068 ;N292 G02 X2.907 Y5.328 I-0.147 J-6.068 ;N294 G01 X4.850 Y8.695 ;N296 G02 X5.051 Y8.749 I0.128 J-0.074 ;N298 G02 X8.749 Y5.051 I-5.051 J-8.749 ;N300 G02 X8.695 Y4.850 I-0.128 J-0.074 ;N302 G01 X5.328 Y2.907 ;N304 G02 X6.068 Y0.147 I-5.328 J-2.907 ;N306 G01 X6.774 Y0.147 ;N308 G01 X6.747 Y0.135 ;N310 G01 X6.056 Y0.135 ;N312 G03 X5.312 Y2.911 I-6.056 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;N36 G03 X4.963 Y-3.108 I0.181 J-0.105 ;N38 G01 X8.259 Y-5.011 ;N40 G02 X5.011 Y-8.259 I-8.259 J5.011 ;N42 G01 X3.108 Y-4.963 ;N44 G03 X2.821 Y-4.887 I-0.182 J-0.105 ;N46 G02 X0.000 Y-5.643 I-2.821 J4.887 ;N48 G03 X-0.210 Y-5.853 I0.000 J-0.209 ;N50 G01 X-0.210 Y-9.658 ;N52 G02 X-4.647 Y-8.469 I0.210 J9.658 ;N54 G01 X-2.744 Y-5.173 ;N56 G03 X-2.821 Y-4.887 I-0.182 J0.105 ;N58 G02 X-4.887 Y-2.821 I2.821 J4.887 ;N60