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轴用弹性垫圈冲压模设计,弹性,垫圈,冲压,设计
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江西农业大学工学院本科毕业论文摘要本文首先分析了冲压技术在社会中的地位和发展前景结合国内市场的情况，模具要改进的地方以及要向别人借鉴的地方。首先要对所给的设计课题进行分析，要分析模具进行加工的方向，所用的材料及精度是否符合要求。其次在此基础上，提出了冲裁模的总体结构方案，详细的分析了模具的类型及根据生产条件来确定制件的操作，根据出件的容易程度来确定出件方式和卸料方式。当确定了模具的总体结构方案后，对冲裁件的工艺进行计算，计算后就对模具进行总体的结构零件的设计及选择。本课题取得的结论就是对零件进行工艺性分析，提出了制件的工艺性方案为级模，采用此工艺方案提出了冲件有较好的精度和平整度。根据零件的冲裁工艺方案，采用正装式级进模，采用自动送料，为保证制件的质量提出了弹压卸料形式，制件的出件方式为上出件，考虑废料的遗留问题采用下出件的方式。对压力中心的计算是提出初选压力机的依据，确定初选的压力机后，对凸模、凹模的刃口进行计算，因主要冲裁件的尺寸精度主要取决于凸模、凹模刃口尺寸及公差的计算，模具的合理间隙也是靠刃口尺寸及其公差来保证模具总装图零件图的绘制等。作为模具的设计与制造，本课题提出的级进模设计方案仍然有许多不完善的地方，比如还是用半自动化操作，若要发展此行业就要不断的提高生产效率，降低生产成本，尽量采用全自动化的机器来代替人工操作。对于现在国内的发展情况来看，本课题的研究结果仍然具有相当的成效并有较高的参考价值和实用价值。 关键词级进模工艺性分析结构方案零部件总装图零件图AbstractThis paper first analyzes the stamping technology in social status and the development prospect, combining the domestic market, mould to improve the place and ask people reference place. First of all to the design task analysis, the analysis of the direction of the mould processing, used materials and precision whether meet the requirements. Then based on this, puts forward the general structure of the stamping die scheme, and detailed analysis of the types and the die according to the production conditions to make sure the products operation, according to a degree of easy to determine a way and discharging mode. Be sure the overall structure of the die after scheme, hedge cutting a process of calculation, to die in overall after the structure of the components of the design and choice. This subject is the conclusion is obtained to parts technology are analyzed, and the drawing of the scheme for the technology level modules, use this technology plan put forward the stamping is of high precision and smoothness. According to the parts of the cutting process plan, the loading is progressive die; The automatic feed, to ensure that the products quality put forward when unloading form; Drawing of a way for on a; Consider the legacy of waste, adopt a way. The calculation of the pressure center is put forward based on primary press, determine the primary after press, to the punch, concave die calculated the blade, for the main blanking pieces mainly depends on the size of the accuracy of the punch, concave die size and the calculation of the tolerance, mould reasonable clearance is also depend on the size and tolerance to ensure; Mold assembly figure component drawing, etc. As the die design and manufacture, the subject of the proposed design scheme of progressive die there are still many drawbacks, such as or with half an automatic operation, if we are to develop this industry will continuously improve the production efficiency, reduce the production cost, make use of the automatic machine instead of manual operation. For now the development of domestic situation, this topic research results are still quite results and have higher reference value and practical value. Keywords: progressive die; Technology analysis; Structure scheme; and Components. Assembly figure; Parts drawing目录绪论11.冲裁件工艺性分析21.1操作方式31.2定位方式4 1.3卸料装置与出件方式42.排样42.1尺寸大小计算42.2材料的利用率52.3计算冲压力64.凸模设计84.1冲孔凸模一84.1.1冲孔的凸模长度L94.2冲孔凸模二，对应凸凹模的确定94.3落料时，凸凹刃口尺寸115.凹模的轮廓的尺寸的确定116.固定板的设计127.垫板的设计138.橡胶的选用与计算149.固定挡料销的选取1510.卸料装置的设计1610.1卸料板的设计1611.模柄的选择1712.压力机闭合高度的校核1813.上、下模座的设计1914.紧固件2014.1螺钉2014.2销钉20致 谢21参考文献2224绪论 模具，做为高效率的生产工具的一种，是工业生产中使用极为广泛与重要的工艺装备。采用模具生产制品和零件，具有生产效率高，可实现高速大批量的生产；节约原材料，实现无切屑加工；产品质量稳定，具有良好的互换性；操作简单，对操作人员没有很高的技术要求；利用模具批量生产的零件加工费用低；所加工出的零件与制件可以一次成形，不需进行再加工；能制造出其它加工工艺方法难以加工、形状比较复杂的零件制品；容易实现生产的自动化的特点。冲压工艺是塑性件，所以有加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，也可以加工非金属板料。冲压加工时，板料在模具的作用下，于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时，板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形，从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程，所以它的生产率且由于操作简便，也便于实现机械化和自动化。利用模具加工，可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要再经过机械加工便可使用。冲压加工一般不需要加热毛坯，也不像切削加工那样大量切削材料，所以它不但节能，而且节约材料。冲压产品的表面质量较好，使用的原材料是冶金工厂大量生产的扎制板料或带料，在冲压过程中材料表面不受破坏。冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器 、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要。因此，冲压工艺是一种产品质量较好而且成本较低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。现代各先进工业化的国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中，冲压生产占有重要的地位。1.冲裁件工艺性分析材 料：65Mn 板料厚度：t=1.2mm 生产批量：大批量生产 任务：编制冲压工艺方案、设计模具结构65Mn，锰提高淬透性，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧 化学成份碳 C ：0.620.70 硅 Si：0.170.37 锰 Mn：0.901.20 硫 S ：0.035 磷 P ：0.035 铬 Cr：0.25 镍 Ni：0.30 铜 Cu：0.2565Mn硬度HRC4348 工件结构形状工件结构形状相对简单，对称，尺寸精度零件图上未注公差为IT12级，尺寸精度较低，普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析：该零件冲裁工艺性较好，适宜冲裁加工。完成此工件需要冲孔、落料两道工序。其加工的工艺方案分为以下3种。（一）第一种方案：采用单工序逐步加工1：冲孔、落料单工序模。2：落料、冲孔单工序模。特点：由于采用单工序模，模具制造简单，维修方便，但生产率低，工件精度低，很不适合大批量生产。（二）第二种方案：采用复合模加工成形 特点：生产率高，工件精度高，但模具制造较复杂，调整维修较麻烦，使用寿命低。（三）第三种方案：采用级进模加工成形。 特点：生产率高，便于实现机械化，自动化，但模具制造复杂，调整维修麻烦，工件精度低。根据本零件的设计要求，以及各种方案的特点，决定采用第三种方案比较合理采用级进模。模架及其零件的选择标准冲裁模架主要有两大类：一类是由上、下模座和导柱、导套组成的导柱模模架；另一类是由弹压导板、下模座和导柱、导套组成的导柱模模架。导柱模模架的特点是安装在模具的对称线上，滑动平稳，导向准确可靠。导柱模架按其导向结构形式分滑动导向模架和滚动导向模架两种。因滑动导向模架中导柱和导套通过小间隙或无间隙滑动配合，导柱、导套结构简单，加工与装配方便，故应用广泛。采用对角导柱模架的特点是便于横向或纵向送料，由于导柱安装在模具中心对称位置，冲压时可以防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。分析可知采用对角导柱模架。查国标知对角导柱模架的标准号为GB/T2851.1-1990，导柱的标准号为GB/T2861.1-1990，其规格为25150；导套的标准号为GB/T2861.6-1990，其规格为258538；上模座与下模座的标准由凹模的周界（凹模的周界由凹模的外形尺寸计算可知），查冷冲模国标可知上模座为GB/T2855.1-1990，其规格为20010035；下模座为GB/T2855.2-1990，其规格为20010040。操作与定位方式1.1操作方式因为本产品是轴用弹性垫圈,则此产品为大批量生产，且此零件的尺寸比较小，则为了提高生产效益，降低成本，采用自动化操作,此操作能更好地控制制件的质量和精度要求。1.2定位方式定位零件的作用是使坯料或工序件在模具上相对凸、凹模有正确的位置，根据坯料或工序件的形状、尺寸、精度及模具的结构形状与生产率要求等选用相应的标准。用于对条料进行定位的定位零件有挡料销、导料销，导料板、侧压装置、导正销、侧刃等；用于对工序件进行定位的定位零件有定位销、定位板等。此课程设计为级进模设计且采用自动送料装置，则采用固定挡料板与导正销配合使用控制送料步矩且使用初始挡料销作为初次冲裁定位，从而达到快速且准确定位的目的。1.3卸料装置与出件方式根据冲裁件材料的性质，工件的尺寸和形状特点确定卸料和出料的结构类型。如：是采用弹卸料还是固定卸料；顶件出料还是漏料出料的形式。在确定卸料、出料的形式时一般是：（1）冲裁件料厚在1.5mm以下时选用弹压卸料形式。（2）冲裁件要求平整时选用弹压卸料和顶料的形式。（3）本级进模冲裁时选用固定卸料形式。冲裁件料厚为1.2mm，材料65Mn，故选用固定卸料下出料形式以获得平整制件，使零件从下模座板取出。2.排样2.1尺寸大小计算1搭边。 查冷冲压模具设计确定搭边值a、b。当t=1.2mm时，。2条料的宽度。采用无侧压装置，所以。式中 Z导尺与最宽条料之间的最小间隙。 条料宽度的单向偏差,mm。查表的。mm3 导尺间距离A。mm2.2材料的利用率式中 n板料（或条料、带料）上实际冲裁的零件数量。 零件的实际面积；。 L板料（条料、带料）长度；mm。 B板料（条料、带料）宽度；mm。若取工件数量n=20件，则料长为取L=752mm所以条料的规格为75239.51.2材料的利用率为26.3%单排利用率高 选择单排 如下图所示2.3计算冲压力 冲裁力公式为式中 F冲裁力 冲孔冲裁力 落料冲裁力1：冲孔冲裁力 式中 K系数 查表取K=1.3 冲孔周长 材料厚度 t=1.2m 材料抗剪强度，Mpa 查模具设计与制造简明手册65Mn，=600 Mpa 。所以， 2：落料冲裁力 式中 落料周长 所以 3：卸料力 式中 卸料系数，查表取取=0.05所以。4：推料力 式中 推料系数 查表取=0.055 n同时卡在凹模洞孔内的件数 n=3所以5：顶件力 式中 顶件系数 查表取=0.06所以6：模具总压力。冲裁时，压力机的压力值必须大于或等于冲裁各工艺的总和，即大于总的冲压力。根据模具结构不同，计算公式不同。（当采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模为）初选压力机根据， 选公称压力为的250压力机。初选型号J23-25表2-8 型号J23系列压力机参数基本参数名称 单位 Unit型号 J23-3.15J23-6.3J23-10J23-16J23-20J23-25J23-35J23-40J23-63 J21-80J21-125公称力 KN31.563100160200250350400630800125滑块行程 S Mm253545557065100100100120130行程次数 快速 time200170145125125 低速min 5550450404038封闭高度Max mm120150180220250260250280380380480连杆调节量 mm25303545455566608080100滑块中心至机身距离(深喉)mm90110130160160200210210310310380滑块底面尺寸 左右mm100140170200200250242242400400430前后 mm90120150180180220220220360360370模柄孔尺寸 直径 mm2530304040405050505050深度mm4055556060607070707070工作台板厚度h3mm30303540405060608080100倾斜角Max deg252525303015151530 工作台离地面距离 mm7007507307507508008008508750850850外形尺寸 前后 mm67078090011501150134515501550195819202320左右 mm53462066584784795011401140150015001735高mm13101503165819101940213022802310286826503110电动机功率KW0.55-60.75-61.1-61.5-61.5-62.2-43-44-47.5-47.5-411-4重量KG194400576105511501800245026005500520098004.凸模设计4.1冲孔凸模一 查模具设计与制造手册 根据所冲孔的大小为2.5选择如下图所示的凸模 冲孔凸模图中的圆凸模被放大四倍4.1.1冲孔的凸模长度L式中 L凸模长度 凸模固定板厚度 （厚度为落料凹模的0.60.8倍） 固定卸料板厚度 =15mm 导料板厚度 6mm 增加长度 27mm圆形凸模与固定板连接为压入式D1采用配合。4.2冲孔凸模二，对应凸凹模的确定由冲压模具设计查得=0.090 =0.1260.126-0.090=0.036 （附表一）公称尺寸凸模偏差凹模偏差18-0.020+0.0201830-0.020+0.0253080-0.020+0.03080120-0.025+0.035120180-0.030+0.040180260-0.030+0.045260360-0.035+0.050360500-0.040+0.060500-0.050+0.070由上表知第二次冲孔=0.020 =0.025=0.028，查表知系数=0.75+=0.02+0.025=0.045-=0.036因此可以调整如下：=（+）=（29.5+0.750.028）=29.521=（+）=（29.521+0.090）=29.611式中：，冲孔时凸凹模直径 4.3落料时，凸凹刃口尺寸落料时，由于零件尺寸要求不高，为提高模具寿命，采取大间隙值，凸模材料：根据以上分析及国标选取凸模材料为Cr12，热处理硬度为5862HRC，底部回火HRC4050 5.凹模的轮廓的尺寸的确定凹模的厚度H=ks =(0.350.5) 39=13.65 19.5 垂直送料方向的凹模宽度B=s+（2.54）H=39+（2.54）(13.6519.5) 在此取H=20，B=100送料方向的凹模长度L=99.5+242=183.5 根据计算的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模, 查国标GB/T2851.1-1990凹模板的轮廓尺寸为LBH=20010020。由于采用下出件形式取料，则采用直筒式且带有一定锥度的刃口凹模。为了保证螺孔间、螺孔与销钉孔之间的强度和模具的寿命，一般孔与孔之间的距离根据表可知销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5，螺纹孔与凹模刃口间的距离大于14mm，螺纹孔与模板边界距离大于8mm。如图所示6.固定板的设计凸模固定板的作用是将凸模固定在上模座正确位置上,凸模固定板为矩形或圆形板件，固定板与凸模为H7/h6或H7/m6配合，安装后应将凸模端面与固定板一起磨平，其外形尺寸与凹模一致，其厚度为落料凹模的0.60.8倍，查国标GB/T2851.1-1990-1990得H=16，则其规格为20010016。一般孔与孔之间的距离根据表可知销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5，螺纹孔与凹模刃口间的距离大于14mm，螺纹孔与模板边界距离大于8mm。如下图所示：7.垫板的设计垫板的作用是承受并扩散凸模或凹模传递的压力，以防止模座被压挤损伤，垫板的外形尺寸与凸模固定板和凹模板相同，厚度可以取310，查国标GB/T2851.3-1990知H=8，则其规格为2001008。一般孔与孔之间的距离根据表可知销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5，螺纹孔与凹模刃口间的距离大于14mm，螺纹孔与模板边界距离大于8mm。孔与孔之间的距离不能太近，这样会影响模具的寿命，并影响其刚度和强度。安装垫板的时候要考虑孔与孔之间的刃口配合。其结构如图所示8.橡胶的选用与计算橡胶的形状及数量由于橡胶允许承受的载荷较大，安装灵活方便，因而是冲裁模中常见的弹性元件。然而弹性元件还有弹簧，但是使用弹簧时，其中径较大使得安装空间不足，则我在此选择使用橡胶元件而不用弹簧元件。在冲裁中用于卸料的橡胶有聚氨脂橡胶和合成橡胶，其中聚氨脂橡胶性能比合成橡胶优异，所以采用聚氨脂橡胶，形状为圆柱橡胶，数量为n=4。承受预压力为了保证卸料正常工作，应使用橡胶的预压力大于或等于卸料力即；每块橡胶承受的预压力为（N）确定橡胶的截面尺寸A取压缩量F=20%H=0.2H，查表得=3MPa，则由=A得A=/=1380（2）确定橡胶的截面尺寸假如选用直径为10的卸料螺钉，取橡胶上螺钉过孔的直径d=10.5，则橡胶的外径D根据得D=（）为了保证足够的卸料力，查表可取D=32。橡胶的高度查表JB/T7650.9-1995可知外径D=32，内径d=10.5mm的聚氨酯橡胶的高度H=25mm。9.固定挡料销的选取固定挡料销A10 JB/T7649.10按下图方式定位，挡料销与导正销的中心距为10.卸料装置的设计10.1卸料板的设计卸料板的平面外形尺寸等于或稍大于凹模板的尺寸，厚度取凹模厚度的0.60.8倍，即H=15，卸料板与凸模的双边间隙根据冲件料厚确定取0.15查表3-3，其轮廓尺寸为=20010015，一般孔与孔之间的距离根据表可知销孔与螺纹孔之间的距离不应小于5，螺纹孔与凹模刃口间的距离大于14mm，螺纹孔与模板边界距离大于8mm。孔与孔之间的距离不能太近，这样会影响模具的寿命，并影响其刚度和强度。其结构如图所示11.模柄的选择因模架上模座较厚且是小中型的冲模，生产中最为常见，所以采用压入式模柄，它与上模座孔以H7/m6配合并加螺钉防转。由所选的压力机知道可知压力机滑块上模柄孔的尺寸为32，查冲压模标准为A3290 GB7646.1-1994。其结构如图所示：（配钻基本尺寸为6，极限偏差12.压力机闭合高度的校核初选的压力机为J23-25，校核压力机的强度：计算得模具的闭合高度为165，选择压力机时，必须使模具介于压力机的最大的装模高度与最小的装模高度之间，一般应满足（H-H）-5H（H-H）+10，M为闭合高度调节量为M=55mm，为最大闭合高度，为最小闭合高度，查表知=65，=260，=260-55=205；（H-H）-5=（260-65）-5=190；（H-H）+10=（205-65）+10=150；因为190165150, 所以所选的压力机符合要求。13.上、下模座的设计上、下模座的作用是直接或间接地安装冲模的所有零件，并分别与压力机的滑块和工作台连接，以传递压力。因此，上、下模座的强度和刚度是主要考虑的问题。模座的外形尺寸根据凹模周界尺寸和安装要求确定。上模座与下模座的标准由凹模的周界（凹模的周界由凹模的外形尺寸计算可知），查冷冲模国标可知上模座为GB/T2855.1-1990，其规格为20010035；下模座为GB/T2855.2-1991，其规格为20010040。其上模座结构如图所示：14.紧固件14.1螺钉 承料板固定螺钉（数量：2） 查国家标准得：M610 GB70.12000 凸模板固定螺钉（数量：4）查国家标准得：M1060 GB70.12000 卸料螺钉（数量：4） 查国家标准得：M1072 GB/T2855.681 导料板固定螺钉（数量：4） 查国家标准得：M840 GB70.12000 凹模板固定螺钉（数量：4）查国家标准得：M1040 GB70.1200014.2销钉上模固定销钉（数量：2）查国家标准得：640 GB/T119.1导料板固定销钉（数量：2）查国家标准得：620 GB/T119.1 下模固定销钉（数量：2）查国家标准得：640 GB/T119.1 模柄止转销（数量：1） 查国家标准得：410 GB/T119.1致 谢作为一名学生，农业机械及其自动化专业，对模具只是略知一二，然而设计模具却是我现在所学专业的必修课，接受任务之后，我深知自己的不足，在图书馆查阅了大量相关书籍，以及上网查找有关资料，向老师和学长学姐们了解许多有关模具方面的知识。设计过程也参考了一些类似的实例，认真的计算相关数据，认真的学习了设计的内容。对于一个非模具专业的学生来说，此次设计，培养了我综合运用多学科理论、知识和技能，以解决较复杂的工程实际问题的能力，主要包括设计、实验研究方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定及依据材料的确定等。它培养了我树立正确的设计思想，勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神，掌握现代设计方法，适应社会对人才培养的需要，让我感受到了作为一名高级工程技术人员应该具备的基本精神，需要强化的工程实践意识，以及对设计工作的质量要负责，具有高度的责任感，树立实事求是的科学作风，并严格遵守规章制度。本次课程设计得到了胡淑芬老师和许多同学的帮助，在此表示感谢！由于实践经验的缺乏，且水平有限，设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学批评指正。参考文献1徐政坤.冲压模具设计与制造.化学工业出版社,1999.2陈于萍、高晓康.互换性与测量技术.高等教育出版社 2007.3冯炳孝。模具设计与制造简明手册.上海:科学技术出版社 1985.4模具标准选编组。模具标准汇编(一).北京:中国标准出版社出版 1992 .5中华人民共和国国家模具标准6 王秀凤.万良辉.冷冲压模具设计与制造.北京航空航天大学出版社 2005.4 7 张荣清模具设计与制造北京：机械工业出版社，2008.2. 8 中国机械工业标准汇编 . 冲压模具卷（上、下）.北京：机械工业出版社，2000.4. 9 陈锡栋 周小玉实用模具技术手册北京：机械工业出版社，20025 10 薛启翔冲压模具与制造北京：化学工业出版社， 2004.2 11 陈炎嗣多工位级进模设计与制造M北京：机械工业出版社，2006.2 12 刘建超、张宝忠主编冲压模具设计与制造北京：高等教育出版社， 2004.21模具热处理及其导向平行设计李雄，张鸿冰，阮雪榆，罗中华，张艳摘要摘要：在一系列方式中，传统模具设计方法存在许多缺点。众所周知,热处理对模具起着非常重要的作用。为了克服模具热处理工艺存在的缺点，一种新的模具热处理工艺并行设计方法已经被开发出来了。热处理 CAD/CAE 技术是集成了并行环境和有关模型而建立的。这些调查研究可以显著提高效率，降低成本，并保证产品质量达到 R 和 D 级。关键词关键词：模具设计；热处理；模具传统模具设计主要是依照自身实践经验或依照部分实践经验，而不是制造工艺。在设计完成之前，模具方案通常要被一次又一次的改进，于是有些缺点便出现，例如开发时期长，成本高和实际效果不明显。由于对精确性、使用寿命、开发期和费用的严格要求，先进的模具要求设计和制造得十分完善。因此越来越先进的技术和创新方法被应用其中，例如并行工程、敏捷制造业、虚拟制造业、协同合作设计等。模具的热处理与模具设计，制造和装配同样重要。因为它对模具的制造装配和使用寿命又及其重要的影响。模具设计与制造发展十分迅速，但是热处理发展却严重滞后它们。随着模具工业的发展，热处理必须保证模具有良好的制造装配和磨损耐热性能。不切实际的热处理将导致模具材料过硬或过软，同时影响模具装配性能。传统的热处理工艺是按照设计师提出的方法和特性制作出来的。这样会使模具设计师和热处理工艺师意见产生分歧，而模具设计师却不能充分地了解热处理工艺和材料的性能，相反热处理工艺师却很少了解模具的使用环境和设计思路。这些分歧将在很大程度上影响模具的发展。因此，如果把热处理工艺设计放在设计阶段之前，则缩短开发周期，减少花费和保证质量等目标将会被考虑，而且从串行到并行的发展模式也将会实现。并行工程是以计算机集成系统作为载体，在开始以后，每个阶段和因素都被看作如制造、热处理、性能等等，以避免出现错误。并行模式已经摒除了串行模式的缺陷，由此带来了一场对串行模式的革命。在当前的工作中，热处理被集成到了模具开发的并行环境中，同时也正在进行这种系统性和深入性的研究。1.1.热处理下的并行环境热处理下的并行环境2并行模式与串行模式存在根本的不同（见图 1） 。对于串行模式，设计者大多考虑的是模具的结构与功能，但很难考虑相关的工艺，以致前者的错误很容易蔓延到后面。与此同时，设计本门很少与装配，预算会计和销售部门沟通。这些问题当然会影响模具的开发进度和市场前景。然而在并行模式中，不但以上部门关系联系密切，所有参加模具开发的部门都与买家有密切的交流。这有助于协调各部门消除矛盾，提高工作效率，同时降低成本。并行环境下的热处理工艺不是在方案和工件确定以后，而是在模具设计的时候制定出来的。这样的话，将有利于优化热处理工艺，充分利用材料。32.2.模具热处理模具热处理 CAD/CAECAD/CAE 一体化一体化从图 2 中可以看出，热处理工艺的设计与模拟是一体化模式的核心。在信息输入产品模块中后，经热处理工艺过程产生的热处理 CAD 和热处理 CAE 模块将对于零件图，热处理以后模拟温度场的微观结构分析和可能出现的缺陷（例如过热，烧伤）自动划分网络，如果优化是根据立体视觉技术的结果重新出现，则这项热处理工艺已经被审核。而且工具与夹具的 CAD 和 CAE 也集成于这种系统中以并行工程为基础的集成模式可以与其它类似模式共享信息。这样使热处理工艺得到优化，并确保改工艺准确。2.12.1 采用三维模型和立体视觉技术的热处理采用三维模型和立体视觉技术的热处理在形成模具的基础上，材料，结构和尺寸的问题能通过热处理三维模型尽快发现出来。在热处理过程中，模具加热条件和相变条件是切合实际的，因为通过计算相变热力、相变动力、相应力、热应力、传热速度、流体动力等已经取得重要突破。例如，能进行局部复杂表面和不对称模具的三维热传导模型计算，和能进行微观结构转变的 MARC 软件模型。计算机能够在任何时间提交温度，微观结构和应力的信息，并通过连接温度场微观结构领域和力场来显示三维形式的全部改变过程。如果再加上这种特性，则各部分性能都能通过计算机4预见。2.22.2 热处理工艺设计热处理工艺设计由于对强度和硬度，表面粗糙度和模具热处理变形的特殊要求，淬火介质的种类、淬火温度、回火温度和时间等参数特性必须经过适当的选择，以及是否使用表面淬火或化学热处理，这种特性必须准确的制定下来。自从计算机技术在最近几十年迅速的发展，难以进行大型计算已经成为过去。通过模拟和仔细考虑热处理特性，热处理后的成本和所须时间，这些都并不难优化热处理工艺。2.32.3 热处理数据库热处理数据库热处理数据库在图 3 中描述。数据库是制定热处理工艺的基础。一般来说，热处理数据库分为材料数据库和工艺数据库。通过材料和工艺来预测特性已成为一种必然的趋势。尽管很难建立一个特性数据库，但通过一系列的测试来建立数据库是必要的。材料数据库包括材料牌号、化学成分、性能和国内外同级别目录表。工艺数据库包括热处理标准、种类、保温时间和冷却温度。基于数据库，热处理工艺可以通过推理规则创造出来。2.42.4 热处理工具和设备热处理工具和设备在热处理工艺确定以后，工具及设备 CAD/CAE 系统传送设计和制造的数值信息来控制装置。通过快速模具成型，可靠的工具和夹具都能被确定。整个程序通过网络传送，不存在任何人为干扰。3.3.关键技术关键技术53.13.1 温度，微观结构，应力和特性的联系温度，微观结构，应力和特性的联系热处理程序是一个温度，微观结构和应力互相作用的程序。三方面都能影响材料特性（见图 4） 。在加热和冷却期间，当微观结构转变时热应力和相变迟早会出现。微观结构温度相变和温度微观结构应力特性相互影响。对相互作用的四个因素的调查已经取得很大的发展，但普通的数学模型还没有建立。许多模型能很好的满足测试结果，但不能投入到实践当中。大部分模型的难点是用分析的方法处理的，同时数值方法也运用了，导致存在不准确的计算。图 4.热处理工艺图解即使如此，把经验方法与定性分析相比较，通过计算机来进行热处理模拟取得了很大的进展。3.23.2 模型的建立和融合模型的建立和融合在模具的开发过程中，涉及到设计、制造、热处理、装配、维修等。它们应该有自己的数据库和模型。它们通过事物的内在联系建立模型，互相串联起来，尽管建立和运用动态推理机制，但其目的在于完成优化设计。产品模型和其它模型的联系已被建立。如果细小组织模型发生改变，则产品模型也将改变。事实上，它属于数据库与模具之间的联系。当热处理模型集成到系统以后，它已不再是一个孤立的单位，而是一个部分，同时在系统中接近其它模型。在搜查后，热处理数据库的计算和推理能力，热处理程序都被几何模型，模具制造模型和预算所限制，这是通行的。如果这种限制不服从，系统会发出解释性的警告。所用设计的细小组织都是通过互连网连接的。3.33.3 各部分之间的管理和协调各部分之间的管理和协调复杂的模具需要其中各项目组之间密切合作。因为考虑到模具的开发，各6部分都存在缺点，它必须得到管理和协调。首先，各项目组应该确定其本身的控制条件和资源要求，同时了解不同环境下的工作程序，以避免发生冲突。其次，要提出开发计划和建立监控机制。如果开发受到限制则可逐步排除。敏捷管理和协调有助于交流信息，提高效率和减少材料。同时这有利于激发人的创造力，消除阻碍和制定出最好的方法。4.4.总结总结热处理 CAD/CAE 技术已被集成到模具并行设计中去，同时热处理已被制成图表，这有利于提高效率，较易发现问题并解决问题。模型的开发已在同一个平台运行。在这个平台中，当热处理工艺制定出来后，设计人员可获得相关信息和转让部分信息到其它设计部门。制定出正确的开发计划并按时调整可以极大缩短开发周期和降低成本。文献出处：李雄，张鸿冰，阮雪榆，罗中华，张艳.模具热处理及其导向平行设计J. 钢铁研究学报英文版，2006，13（1）:40-43，74Heat Treatment of Die and Mould Oriented Concurrent DesignLI Xiong,ZHANG Hong-bing,RUAN Xueyu,LUO Zhonghua,ZHANG YanAbstract: Many disadvantages exist in the traditional die design method which belongs to serial pattern. It is well known that heat treatment is highly important to the dies. A new idea of concurrent design for heat treatment process of die and mould was developed in order to overcome the existent shortcomings of heat treatment process. Heat treatment CAD/CAE was integrated with concurrent circumstance and the relevant model was built. These investigations can remarkably improve efficiency, reduce cost and ensure quality of R and D for products.Key words:die design; heat treatment; mouldTraditional die and mould design,mainly by experience or semiexperience，is isolated from manufacturing process.Before the design is finalized，the scheme of die and mould is usually modified time and again，thus some disadvantages come into being,such as long development period,high cost and uncertain practical effect.Due to strong desires for precision,service life,development period and cost,modern die and mould should be designed and manufactured perfectly.Therefore more and more advanced technologies and innovations have been applied,for example,concurrent engineering,agile manufacturing virtual manufacturing,collaborative design,etc.Heat treatment of die and mould is as important as design,manufacture and assembly because it has a vital effect on manufacture，assembly and service lifeDesign and manufacture of die and mould have progressed rapidly，but heat treatment lagged seriously behind themAs die and mould industry develops，heat treatment must ensure die and mould there are good state of manufacture，assembly and wearresistant properties by request. Impertinent heat treatment can influence die and mould manufacturing such as overhard andsoft and assemblyTraditionally the heat treatment process was made out according to the methods and properties brought forward by designerThis could make the designers of die and mould and heat treatment diverge from each other，for the designers of die and mould could not fully realize heat treatment process and materials properties，and contrarily the designers rarely understood the service environment and designing thought. These divergences will impact the progress of die and mould to a great extent. Accordingly，if the process design of heat treatment is considered in the early designing stage，the aims of shortening development period，reducing cost and stabilizing quality will be achieved and the sublimation of development pattern from serial to concurrent will be realizedConcurrent engineering takes computer integration system as a carrier,at the very start subsequent each stage and factors have been considered such as manufacturing，heat treating，properties and so forth in order to avoid the errorThe concurrent pattern has dismissed the defect of serial pattern,which bring about a revolution against serial patternIn the present workthe heat treatment was integrated into the concurrent circumstance of the die and mould development，and the systemic and profound research was performed1 Heat Treatment Under Concurrent CircumstanceThe concurrent pattern differs ultimately from the serial pattern(see Fig1).With regard to serial pattern，the designers mostly consider the structure and function of die and mould，yet hardly consider the consequent process，so that the former mistakes are easily spread backwardsMeanwhile，the design department rarely communicates with the assembling，cost accounting and sales departmentsThese problems certainly will influence the development progress of die and mould and the market foregroundWhereas in the concurrent pattern，the relations among departments are close，the related departments all take part in the development progress of die and mould and have close intercommunion with purchasersThis is propitious to elimination of the conflicts between departments，increase the efficiency and reduce the costHeat treatment process in the concurrent circumstance is made out not after blueprint and workpiece taken but during die and mould designingIn this way，it is favorable to optimizing the heat treatment process and making full use of the potential of the materials2 Integration of Heat Treatment CADCAE for Die and MouldIt can be seen from Fig2 that the process design and simulation of heat treatment are the core of integration frameAfter information input via product design module and heat treatment process generated via heat treatment CAD and heat treatment CAE module will automatically divide the mesh for parts drawing，simulation temperature field microstructure analysis after heattreatment and the defect of possible emerging (such as overheat,over burning)，and then the heat treatment process is judged if the optimization is made according to the result reappeared by stereoscopic vision technologyMoreover tool and clamping apparatus CAD and CAM are integrated into this systemThe concurrent engineering based integration frame can share information with other branchThat makes for optimizing the heat treatment process and ensuring the process sound2.1 3-D model and stereoscopic vision technology for heat treatmentThe problems about materials，structure and size for die and mould can be discovered as soon as possible by 3-D model for heat treatment based on the shape of die and mouldModeling heating condition and phase transformation condition for die and mould during heat treatment are workable，because it has been broken through for the calculation of phase transformation thermodynamics，phase transformation kinetics，phase stress,thermal stress，heat transfer，hydrokinetics etcFor example，3-D heatconducting algorithm models for local heating complicated impression and asymmetric die and mould，and M ARC software models for microstructure transformation was usedComputer can present the informations of temperature，microstructure and stress at arbitrary time and display the entire transformation procedure in the form of 3-D by coupling temperature field,microstructure field and stress fieldIf the property can be coupled,various partial properties can be predicted by computer2.2 Heat treatment process designDue to the special requests for strength，hardness，surface roughness and distortion during heat treatment for die and mould，the parameters including quenching medium type，quenching temperature and tempering temperature and time，must be properly selected，and whether using surface quenching or chemical heat treatment the parameters must be rightly determinedIt is difficult to determine the parameters by computer fullySince computer technology develops quickly in recent decades,the difficulty with largescale calculation has been overcomeBy simulating and weighing the property，the cost and the required period after heat treatmentit is not difficult to optimize the heat treatment process2.3 Data base for heat treatmentA heat treatment database is described in Fig3The database is the foundation of making out heat treatment processGenerally，heat treatment database is divided into materials database and process databaseIt is an inexorable trend to predict the property by materials and processAlthough it is difficult to establish a property database，it is necessary to establish the database by a series of testsThe materials database includes steel grades,chemical compositions，properties and home and abroad grades parallel tablesThe process database includes heat treatment criterions，classes，heat preservation time and cooling velocityBased on the database，heat treatment process can be created by inferring from rules2.4 Tool and equipment for heat treatmentAfter heat treatment process is determined，tool and equipment CADCAE system transfers the information about design and manufacture to the numerical control deviceThrough rapid tooling prototype，the reliability of tool and the clamping apparatus can be judgedThe whole procedure is transferred by network，in which there is no manmade interference3 Key Technique3.1 Coupling of temperature，microstructure，stress and propertyHeat treatment procedure is a procedure of temperature-microstructurestress interactionThe three factors can all influence the property (see Fig4)During heating and cooling，hot stress and transformation will come into being when microstructure changes.Transformation temperature-microstructure and temperaturemicrostructureand stress-property interact on each otherResearch on the interaction of the four factors has been greatly developed,but the universal mathematic model has not been builtMany models fit the test nicely，but they cannot be put into practiceDifficulties with most of models are solved in analytic solution，and numerical method is employed so that the inaccuracy of calculation existsEven so，comparing experience method with qualitative analysis，heat treatment simulation by computer makes great progress3.2 Establishment and integration of modelsThe development procedure for die and mould involves design,manufacture，heat treatment，assembly，maintenance and so onThey should have own database and mode1They are in series with each other by the entityrelation modelThrough establishing and employing dynamic inference mechanism ，the aim of optimizing design can be achievedThe relation between product model and other models was builtThe product model will change in case the cell model changesIn fact，it belongs to the relation of data with die and mouldAfter heat treatment model is integrated into the system，it is no more an isolated unit but a member which is close to other models in the systemAfter searching，calculating and reasoning from the heat treatment database,procedure for heat treatment，which is restricted by geometric model,manufactu
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