典型沖壓零件模具工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)

楊咸啟，閔 旭，金 浩，葛小樂，劉騰飛

（黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山 245041）

典型沖壓零件模具工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)

楊咸啟，閔 旭，金 浩，葛小樂，劉騰飛

（黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山 245041）

針對端蓋零件的落料、拉深、沖孔級進(jìn)模的工藝設(shè)計(jì),應(yīng)用 Pro/E 軟件繪制沖裁模與彎曲模的三維實(shí)體造型，再采用二維制圖軟件 CAD 繪制模具的裝配圖以及主要零件的零件圖，確定制造工藝，編制模具的數(shù)控加工程序。采用網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)，根據(jù)電腦之間的文件傳輸提出的要求，利用數(shù)控車床上的電腦所帶的 IP 地址，不管距離多遠(yuǎn)，都可以準(zhǔn)確地找到該機(jī)床，再通過網(wǎng)線把具有設(shè)計(jì)產(chǎn)品內(nèi)容的電腦與需要利用加工產(chǎn)品的機(jī)床連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的遠(yuǎn)程傳輸和制造任務(wù)。

沖壓零件；工藝設(shè)計(jì)；模具設(shè)計(jì)；數(shù)控制造；遠(yuǎn)程傳輸

1 模具加工系統(tǒng)的發(fā)展概況

模具自動化加工系統(tǒng)的發(fā)展是我國模具業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。模具的自動化加工系統(tǒng)應(yīng)有多臺機(jī)床合理組合，再配有隨行定位夾具或定位盤，加上完整的機(jī)具、刀具數(shù)控庫以及完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng)，再配 上質(zhì)量 監(jiān) 測控制 系 統(tǒng)[1-7]。

1.1 模具特種加工技術(shù)的發(fā)展

模具制造中采用的特殊加工方法，包括電火花加工方法，正向著精密化、微細(xì)化方向發(fā)展。 在簡化準(zhǔn)備、簡化編程和操作、提高加工速度以及不斷降低設(shè)備制造成本上也做了大量研究和實(shí)踐。在其他機(jī)械特種加工方法（如磨料流動加工、噴水加工、低應(yīng)力磨削、超聲波加工等）和特種電加工方法（如電子束加工、電火花磨削、激光加工、等離子束加工等）也已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，在各自的特殊加工領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

1.2 模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的推廣

CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模 具設(shè)計(jì)制造發(fā)展的 方向。 隨著微機(jī)軟件的發(fā)展，普及 CAD/CAM/CAE 技術(shù)的條件基本成熟， 各企業(yè)將加大 CAD/CAM 技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大 CAE 技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展正使 CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所在整個(gè)行業(yè)中的推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。

本文主要對典型的端蓋沖壓件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與工藝分析以及程序的遠(yuǎn)距離傳輸問題進(jìn)行研究，在工藝設(shè)計(jì)中涉及到落料、拉伸、沖孔，確定其毛坯尺寸，選擇排樣方式，以及對其沖壓力的計(jì)算和壓力中心的確認(rèn)，選擇合適沖壓設(shè)備。 重點(diǎn)解決凹、凸模的模具設(shè)計(jì)，編寫凹、凸模的加工程序，遠(yuǎn)程傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工試驗(yàn)。

2 端蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝分析

2.1 零件的設(shè)計(jì)尺寸

零件名稱：端蓋；材料：08 號鋼；生產(chǎn)批量：大批量生產(chǎn)；材料厚度：2mm；尺寸精度：IT10。 設(shè)計(jì)好的零件圖如圖 1，2 所示。

圖1 工件圖（二維圖）

圖2 工件圖（三維圖）

2.2 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該零件是一種旋轉(zhuǎn)體制件，其材料厚度 t為2mm，對其厚度沒有不變的要求，其零件形狀簡單而且對稱，圓角半徑 R=4mm≥2t，滿足拉深對圓角半徑的要求， 不需要增加整形工序。 尺寸 Φ110±0.25 為IT12 級， 工件底部孔的直徑 d 分別為 Φ20 和 Φ6.5，滿足公式 d≤d4-2r+t=76-2×4+2=70mm，如果在拉深件上沖孔時(shí)，孔邊與零件的直壁之間要保持距離，以防止沖孔時(shí)凸模因?yàn)樗酵屏Χ徽蹟?，該距離應(yīng)該滿足公式 a≥R+0.5t，則 a=6.75，滿足沖孔條件。

2.3 零件的材料

零件材料選用 08鋼， 這是一種極軟的碳素鋼，而且其強(qiáng)度和硬度非常低，但是韌性和塑性卻很高，具有良好的沖裁和拉深性能。

2.4 尺寸的精度

該零件的精度為 IT12， 沖裁件的經(jīng)濟(jì)精度最高可達(dá) IT8-IT10，沖孔的精度則比落料的精度高一級，拉深間的尺寸精度應(yīng)在 IT13 級以下， 不高于 IT11級，所以此零件利用普通沖裁拉深可達(dá)到零件圖樣的要 求[2]。

2.5 確定沖壓工藝方案

因?yàn)榱慵切D(zhuǎn)體制件，結(jié)構(gòu)簡單，所以我們采用級進(jìn)模具制造，不僅生產(chǎn)效率高，而且成本低廉，并且適合大批量生產(chǎn)，采用級進(jìn)模設(shè)計(jì)時(shí)，其工序可以分散，不必集中在一個(gè)工位上，因此不存在復(fù)合模中的 “最小壁厚 ”問題[8]。

根據(jù)級進(jìn)模的工序排樣原則， 先進(jìn)行沖孔、切槽、切口等沖裁工序，再進(jìn)行彎曲、拉深、成形等工序，但是我們考慮到后期的拉深可能會對前期的沖孔造成影響，而且最后落料可能對前面的拉深有影響，所以我們安排第一工位進(jìn)行落料，第二工位進(jìn)行拉深，最后第三工位選擇沖孔。 成型尺寸如圖 3。

圖3 成型尺寸圖

3 沖壓模具網(wǎng)絡(luò)制造一體化技術(shù)

3.1 制定凸、凹模加工工藝

根據(jù)本產(chǎn)品的特點(diǎn)，制定拉深凸模制造方案如下：

備料(包括下 料、鍛造)、退 火 、數(shù) 控車(包 括 粗車、鉆孔、半精車、車圓角)、劃線、鉆側(cè)孔、熱處理(包括淬 火、回火達(dá) 到 58-62HRC)、磨削(包括 磨外圓、兩端面達(dá)到設(shè)計(jì)要求)、鉗工精修、最后檢驗(yàn)。

制定落料凹模制造方案如下：

備料(包括下料、鍛造)、退火、普通車(包括車外圓 、內(nèi) 圓)、鉗 工 劃 線 、鉆 孔(包 括 螺 絲 釘 、銷 孔 等)、熱處理(包括淬火、回火達(dá)到 58-62HRC)、磨削(包括磨外圓、兩端面達(dá)到設(shè)計(jì)要求)、最后檢驗(yàn)。

3.2 編制模具數(shù)控加工程序

3.3 程序遠(yuǎn)程傳輸試驗(yàn)

數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)也是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備（如網(wǎng)卡）為機(jī)床設(shè)置一個(gè) IP 地址，這樣計(jì)算機(jī)就能通過互聯(lián)網(wǎng)準(zhǔn)確地找到該機(jī)床的 IP， 然后通過網(wǎng)線把計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床連接起來或者通過網(wǎng)絡(luò)連接到一起，實(shí)現(xiàn)加工程序的遠(yuǎn)程傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)兩臺電腦之間的資源共享，需要分別在兩臺電腦上安裝網(wǎng)卡，并且分別在兩臺電腦上設(shè)置不同的 IP 地址。 然后再通過互聯(lián)網(wǎng)查找各自的 IP 地址， 這樣兩臺電腦之間就能實(shí)現(xiàn)資源共享。數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)的一般傳輸是利用RS-232 通 信線連接到 電腦的 COM 口 和數(shù)控 機(jī)床的通信接口 （GSK 系統(tǒng)為 XS36），實(shí)現(xiàn)一對一的傳送。

硬件設(shè)備用 RS232 通信線及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器、集線器、網(wǎng)線、 水晶頭； 調(diào)試軟件為 CIMCODNCMaxV4.33

試驗(yàn)過程：啟動數(shù)控機(jī)床，進(jìn)入操作界面。 進(jìn)入編輯方式，按程序鍵，點(diǎn)擊任意4位數(shù)字，再點(diǎn)擊“EOB”鍵。 開啟電腦，鼠標(biāo)左鍵雙擊桌面快捷方式，進(jìn)入軟件后，在主控界面點(diǎn)擊“dministratio”按鈕。 用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 machine，然后選 擇“configure port”端口，在“端口”設(shè)置對話框，設(shè)置特定的傳輸參數(shù)如1、2、3……， 這樣每個(gè) COM 口就只對應(yīng)著一臺數(shù)控車床。

端口參數(shù)設(shè)置完成后，右鍵點(diǎn)擊 machine，點(diǎn)擊“send file”，選擇你想要 發(fā)送的程序 文件，最后 點(diǎn)擊“OK”即完成程序的傳輸。

4 總 結(jié)

本文主要對典型的沖壓件，進(jìn)行工藝分析，包括其尺寸、材料以及精度。 并且計(jì)算毛坯尺寸，判斷能否一次拉成以及是否壓邊。對沖裁凸、凹模刃口尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算，拉深凸、凹模圓角半徑的確定以及工作部分的尺寸計(jì)算。 設(shè)計(jì)中利用 Auto CAD 繪制模具的總體裝配圖及主要零件圖來表達(dá)模具的整體結(jié)構(gòu)，利用 Pro/E 繪制各零件三維立體圖及總裝配圖并生成爆炸圖。最后完成了加工工藝的安排與數(shù)控制造程序的遠(yuǎn)程傳輸試驗(yàn)。

[1]李 煥 芳.冷 沖 壓 模 具 發(fā) 展 現(xiàn) 狀[J]，中 國 高 新 技 術(shù) 企 業(yè) ，2010（15）：5-6.

[2]黃楠 ，小型汽車零 件沖壓模具 設(shè) 計(jì) 及 其 發(fā) 展[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（9）：17-19.

[3]李亞超，巴吾東，喬龍.基于大批量蓋帽零件生產(chǎn)的沖壓模具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動化，2015（7）：120-121.

[4]孔炎，梁辰，趙蒙，等.汽車端蓋零件 的沖壓模具 設(shè)計(jì)[J].精 密成形工程，2012（11）：129-131.

[5]胡兆國，趙健波.數(shù)據(jù)接口零件沖壓 工藝及模具 設(shè)計(jì)研究[J].現(xiàn)代制造工程，2012（9）：96-100.

[6]周杰，沈繼剛，張勇，等.反求工程在復(fù)雜沖壓零件及成形模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].鍛壓技術(shù)，2003（2）：28-31.

[7]朱 江 峰.沖 壓 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造[M].北 京 ：北 京 理 工 大 學(xué) 出 版社，2009：1-30

[8]馬 朝 興 .沖 壓 模 具 設(shè) 計(jì) 手 冊 [M].北 京 ： 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ，2009：1-100.

責(zé)任編輯：胡德明

The Process Design of Dies for Stamping Parts and NC Network Manufacturing Technology

Yang Xianqi,Min Xu,Jin Hao,Ge Xiaole,Liu Tengfei
（College of Mechanical and Electrical Engineering,Huangshan University,Huangshan 245041,China）

Aiming at the process design of the blanking,drawing,and punching progressive die of cover parts,the 3D solid modeling of blanking die and bending die are gotten by using Pro/E software. The assembly drawing of the dies and main parts drawings are gotten by the 2D drawing software(CAD). We define the manufacturing processand compile the NC machining program.Adopting network manufacturing technology,based on the requirements for file transfer between computers and using the IP address of the computer on CNC lathe,the machine tool can be accurately found no matter how far it is, and then the computerand the machine toolare connected through network to fulfillthe remote transmission and manufacturing task of the NC program.

stamping parts;process design;die design;NC manufacturing;remote transmission

TH126

：A

：1672-447X(2017）03-0040-03

2016-12-16

安徽省教育廳大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（AH201310375065）

楊咸啟（1957-），安徽樅陽人，黃山學(xué)院教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。