冲压工艺与模具设计毕业论文文档格式.docx
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轿车覆盖件模具设计和制造难度大,质量和精度要求高,代表
覆盖件模具的水平。
在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平,模具结构功能方面也接近国际水平,在轿车模具国产化进程中前进了一大步。
但在制造质量、精度、制造周期和成本方面,以国外相比还存在一定的差距。
标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,与国外多工位级进模和多功能模具相比,存在一定差距[2-3]。
1.4模具CAD/CAE/CAh技术
冲压技术的进步首先通过模具技术的进步来体现出来。
对冲模技术性能的研究已经成为发展冲压成形技术的中心和关键。
20世纪60年代初期,国外飞机、汽车制造公司开始研究计算机在模具设计与制造中的应用。
通过以计算机为主要技术手段,以数学模型为中心,采用人机互相
结合、各尽所长的方式,把模具的设计、分析、计算、制造、检验、生产过程连成一个有机整体,使模具技术进入到综合应用计算机进行设计、制造的新阶段。
模具的高精度、高寿命、高效率成为模具技术进步的特征。
模具CAD/CAE/CA是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。
它以计算机软件的形式,为企业提供一种有效的辅助工具,使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化⑷。
模具CAD/CAE/CA技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。
模具CAD/CAE/CAI在近20年中经历了从简单到复杂,从试点到普及的过程。
进入本世纪以来,模具CAD/CAE/CAI技术发展速度更快,应用范围更广。
在级进模CAD/CAE/CA发展应用方面,本世纪初,美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II(现为NX软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PD。
该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。
具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色,已在2003年作为商品化产品投入市场。
与此同时,新加波、马来西亚、印度及我国台湾、香港有关机构和公司也在开发和试用新一代级进模CAD/CAM系统。
我国从上世纪90年代开始,华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。
如华中科技大学模具技术国家重点实验室在AutoCAD软件平台上开发出基于特征的级进模CAD/CAM系统HMJC包括板金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程5个模块。
上海交通大学为瑞士法因托(Finetool)精冲公司开发成功精密冲裁级进模CAC/CAM系统。
西安交通大学开发出多工位弯曲级进模CADS统等。
近年来,国内一些软件公司也竞相加入了级进模CAD/CAM系统的开发行列,如深圳雅明软件制作室开发的级进模系统CmCAD富士康公司开发的用于单冲模与复合模的CADS统Fox-CAD等⑷。
展望国内外模具CAD/CAE/CA技术的发展,本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中,通过与计算机技术的紧密结合,人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快,学科领
域交叉之广前所未见。
今后10年新一代模具CAD/CAE/CAI系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物,其特点将反映在专业化、网络化、集成化、智能化四个方面。
主要表现在⑷:
(1)模具CAD/CA的专业化程度不断提高;
(2)基于网络的CAD/CAE/CAI一体化系统结构初见端倪;
(3)模具CAD/CAE/CAI的智能化引人注目;
(4)与先进制造技术的结合日益紧密。
1.5课题的主要特点及意义
该课题主要针对电器开关过电片零件,在对过电片冲孔、落料和压弯等成形工艺
分析的基础上,提出了该零件采用多工位级进模的冲压方案;
根据零件的形状、尺寸精度要求,设计过程中综合考虑采用“双列直对排法”排样,成形侧刃定位,保证工件的尺寸和形状位置精度要求的同时,提高了材料的利用率和劳动生产率。
本课题涉及的知识面广,综合性较强,在巩固大学所学知识的同时,对于提高设计者的创新能力、协调能力,开阔设计思路等方面为作者提供了一个良好的平台。
2冲压工艺方案的制定
图2-1零件图
材料:
H68普通黄铜料厚:
0.5mm
该零件为某电器开关过电片,是一家电器生产企业产品中的一个主要零件,如图2-1所示,其作用是通过开关扳手的运动由过电片让电流通或断。
该零件生产属于大批量生产,零件结构紧凑,冲裁壁厚很小(最小处为0.75mm,成形过程相互干涉,在复合模中难于实现;
若用简单的落料、冲孔、弯曲模等单工序模也可达到冲压要求,这样模具虽然简单了,但是冲压所用的设备和人员较多,冲压工序中的定位也较麻烦,加上零件较小,装料时易产生不安全的现象,而且工序较多效率较低故不被推广。
为减少零件在生产中的多次定位对其精度和生产率的影响,一要产品批量较大,对零件的一致性要求较高,二是具有H68良好的弯曲和冲裁性能,经过反复比较,适宜采用较为复杂的多工位级进模制造。
2.1工艺分析
本电器开关过电片从总体上看是一个带双孔的“”形弯曲件,该零件需要控
制的尺寸有
,分别为公差等级IT11,
IT12级,其余尺寸均为未注公差,可以按IT12级取公差。
该零件材料为H68普
对弯曲,然后再切断为二个“形件,这样使两边的弯曲力相互平衡,同时也减少了弯曲时的毛坯移动
2.2排样图设计
排样图是多工位级进模设计的关键,它具体反映了零件在整个冲压成形过程中,
冲压
若采用单列
毛坯外形在条料上的截取方式及与相邻毛坯的关系,而且对材料的利用率、加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响⑸该过电片零件形状一头大一头小,
排样则材料的利用率较低,故采用双列排样;
又为了减少制件在冲压时的移动和抵消弯曲力,综合考虑采用“双列直对排法"
,由于制件较小,采用“双列直
对排法"
排样的模具体积也不会很大,同时按“双列直对排法"
排样为“一模四件"
生产,大大提高了生产效率,因此这样的排样比较科学合理。
查文献[6]表
若冲出的小孔材料可以加以利用,则由本排样方案计算一个进距的材料利用率为:
50x142
50x14..2-(286.3-142)x1QQ%=
3模具总体结构设计
模具总体结构如图3-1所示,该模具采用后侧导柱模架,冲圆孔凸模19,冲腰
形孔凸模18,切断凸模15,切边凸模20,压弯凸模(成形侧刃)16,导正销29分别和凸模固定板5采用压入式装配,用圆柱销23在上模座上定位,与垫板4
一起固定在上模座上;
凹模11采用整体加工而成,为了便于制造、试模和维修,压弯凹模镶块17两件采用镶拼结构,嵌入冲裁凹模槽孔内,并用螺钉加以固定;
条料送进步距由成形侧刃定位控制,制件弯曲由导正削精定位,所有凸模卸料由弹性卸料板7完成,冲孔、切边和切断废料由凹模下面的漏料孔逐步排出,制件从料头分离,由模具终端沿凹模斜面自动落下。
3.1条料定位装置
由于侧刃定距方式使冲压时材料送进准确可靠,但增加了材料的消耗,也使模具的制造维修趋于复杂。
侧刃的成形冲切即发挥了侧刃定距的优点,又使得有搭边排样的有废料冲压变为无废料、少废料冲压。
成形侧刃冲压是将拟选用的侧刃与工件某部分的冲裁结合,利用冲切出条(带)料的缺口代替普通侧刃的切边缺口实现送料限位定距,省去普通侧刃冲切后仍需留出落料冲切的搭边,实现少无废料排样的冲裁⑺。
资料表明:
在级进模上使用成形侧刃与使用普通侧刃相比,不仅可以节省冲压材料6%-10%成本降低2%-6%而且可以使连续冲压保持较高的劳动生产率的同时,保证工件具有较高的尺寸和形状位置精度。
图3-1模具结构示意图
1-模柄2-上模板3-圆柱头内六角卸料螺钉4-垫板5-凸模固定板6-
弹簧7-卸料板8-导套9-导
柱10-下模板11-凹模12-垫板13-内六角圆柱头螺
钉14-圆柱销15-切断凸模16-压弯凸
模17-凹模镶块18-冲腰形孔凸
模19-冲圆孔凸模20-切边凸模(成形侧刃)
21-开槽圆柱头螺钉22-承料
板23-圆柱销24-内六角圆柱
头螺钉25-圆柱销26-圆柱销27-开槽沉头螺
钉28-导料板29-导正
销30-开槽沉头螺钉31-螺塞32-弹簧
本设计在送料前进方向的两侧采用双成形侧刃定距,如图2-3所示,即为使用成
形侧刃的排样图,侧刃长度稍大于送料进距,以便导正销伸入预冲孔时导料略后退。
成形侧刃尺寸按式(3-1)计算:
L=h+(0.05〜0.10)(3-1)
式中,l—成形侧刃断面沿送料方向的长度(mm,这里L-mmm;
h—步距(mrj)
精确定位由导正销29与条料上的导正孔©
5来实现,该模具装有2件导正销,结构形式如图3-1所示,条料宽度方向由左、右导料板28导向,承料板22承料。
3.2出料装置
采用弹性卸料板7卸料,弹性卸料板由弹簧6产生的弹性实现卸料,并穿过卸料螺钉3杆部安装在凸模固定板与卸料板之间。
导正销与导正孔之间存在一定的间隙,一般可以避免导正销卡在导正孔内,若为了防止导正销卡在导正孔内,可以采用在局部设计卸料块与弹簧,靠弹簧产生的弹性实现卸料。
冲孔、切边废料和
切断废料由凹模下方的漏料孔逐步排出,制件由模具终端沿斜面自动落下。
3.3模具结构特点
采用双成形侧刃对称布置,切边定距,冲出工件部分外形,充分利用料头和料尾。
为了便于送料,在冲切外形时工件之间留有一定的搭边连接,在冲弯后再切去,工件成形后由凹模11终端的斜面滑出。
3.4模具工作过程
将裁剪好的宽度为50mm勺条料放在下模上,并依靠成形侧刃定位。
第一步:
上模下行卸料板在弹簧作用下压住坯料,切边凸、凹模完成切废料工序;
第二步:
上模上行条料靠手动向前送一步,上模下行冲孔凸、凹模完成冲孔工序,废料从下模的下漏料孔排出;
第三步:
上模上行条料靠手动向前送一步,上模下行由导正销精确定位,弯曲凸、凹模完成弯曲工序;
第四步:
上模上行条料靠手动继续向前送一步,上模下行由切断凸、凹模完成切断工序,废料从下模的下漏料孔排出,同时有四个制件从模具终端落下,完成整个冲压过程。
4模具零件的设计与计算
4.1凸、凹模刃口尺寸的计算
4.1.1凸、凹模间隙的选择
凸、凹模间隙值的大小对冲压制件质量、模具寿命、冲压力的影响很大,是冲压工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。
根据零件材料及料厚,查文献[8]
表2-10,确定冲裁刃口始用双面间隙值:
Zmin=0.025mm,Zmax=0.045mm至
于压弯时凸模与凹模之间的间隙,按材料的性能、厚度以及弯曲件的高度和宽度
(弯曲线的长度),取单边间隙C=(1.0〜1.1)t,这里取C=0.5mm另外,设计中考虑在合模时使毛坯完全压靠,以保证弯曲件的质量和尺寸精度。
4.1.2凸、凹模刃口尺寸计算
冲压制件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度,合理间隙的数值也必须靠模具的刃口尺寸来保证。
因此,正确确定模具刃口尺寸极其公差,是设计冲模的主要任务之一。
(1)切边凸、凹模刃口尺寸计算
由于该零件切边形状比较复杂,且为薄材料,为了保证凸、凹模之间的间隙值,拟采用凸、凹模配合加工的方法。
先做凸模,然后配做凹模,具体可采用成形磨
A/~(14.2+0.75x0.1肌]册°
嗣-14.34』防初?
為二(2+lx01)屮却阀1二21』的踰3
抵二(5-1皿12),叫丄2二488甞和知-(34-1x0.⑵严⑷二3戲嘗枷
<
5+4<
2mas-Zinin
考虑到圆孔容易加工,可以适当的提高凸、凹模制造精度,
按:
4=Q4(Zmax-Zmm),©
二0.6(加返-2询
0+越£
Zmas-Ztnin
先确定凸模刃口尺寸,查文献[6]表2-11得:
x=0.75,按(4-3)式计算:
(4-3)
则:
-1:
…-「二:
]H凹模刃口尺寸,按(4-4)式计算:
(4-4)
d<
二(£
+Zmin);
'
4-4所示
贝U:
二©
09+0.02》。
=5.12^加陀,冲圆孔凸模尺寸标注如图
(3)冲腰形孔凸、凹模刃口尺寸计算
腰形孔尺寸如图4-5,未注公差按IT12级处理有Rl?
5和朋,孔心距
18+0.05™
腰形孔和圆孔同样,比较容易加工,按上述冲圆孔凸、凹模刃口计算方法,适当提高模具制造精度,以满足分开加工的条件,取4=叽曲,$=叽喩。
①确定凸模刃口尺寸,查文献[6]表2-11得:
x=1,
根据(4-3)式有:
d厂(175+1刈1)爲】二185九枷
冲腰形孔凸模尺寸标注如图4-6所示。
由式(4-4)得,凹模刃口尺寸为:
町=(1.85+叽25)汁=1.8附%潮
②孔心距
厶厲)“士A/8
5)
式中E!
、:
一凸、凹模孔心距的标称尺寸
1□—工件孔心距的标称尺寸(mrh;
1—工件孔心距的公差(mm
4厲)=1.8±
0』伽
4=1,由式(4-1)得:
(4)切断凸模刃口尺寸计算
零件切断搭边废料形状尺寸如图4-7所示,其中未标注公差的尺寸,按IT12级取公差。
按上述切边凸、凹模刃口尺寸计算方法,凸、凹模采用配合加工,先加工凸模,然后配做凹模。
同样,凸模磨损后尺寸变小的记为
a类,有a=14.2严恳,a2=9.2$%幽,
^=8.6:
%朋,am;
尺寸变大的记为B类,有8=厂4。
1对于A类尺寸:
查文献[6]表2-11得:
Xi=0.75,x2=1,x3=1,x4;
=(142+075x0.1略弭昨二14弭爲严删&
戸二〔9.2+1x0.1.》屮幷迥§
二9一35爲严叨%二(86+1x0同15二8.7战叶咖
瓦=(1.8+1*冊0」=
2对于B类尺寸:
查文献[6]表2-11得:
x=1
由式(4-2)得:
瓦二(24-0/75沁12)严z二33:
%轉
该零件搭边废料切断凹模刃口各部分尺寸按上述切断凸模的相应部分尺寸配
制,保证双面间隙值Zmin〜Zmax=0.025-0.045mm切断凸模尺寸标注如图4-8所示。
(5)压弯凸、凹模刃口尺寸计算
压弯型槽相对位置关系,如图4-9所示,相对宽度尺寸标注在内侧,故应以凸台(相当于凸模)为基准,凸台尺寸按(4-6)计算:
^=(5+0.254)^
|宀一弯曲件制造公差(mm);
4—凸台制造公差,按IT8级选取
耳=0卫3郴
-■.■■■in.---1-■-:
j—•;
•.;
两个压弯凸模刃边相对位置尺寸(相当于凹模)按凸台尺寸控制,保证单边间隙
C,即:
曙吓2C
(4-7)
故:
丄[
4.2凸、凹模的设计
4.2.1凸模的结构和固定形式
由于冲件的形状和尺寸的不同,冲模的加工以及装配工艺等实际条件亦有所不同,所以在实际生产中使用的凸模结构形式也就有很多种形式。
一般冲裁凸模的
形状是由产品的形状决定的,它可以采用直身结构也可采用加强型结构。
主要的
固定方式有:
台肩固定、铆接、螺钉和销钉固定以及粘结剂浇注法固定等[9]O
本设计中采用用圆形和方形两种形式的凸模,材图4-10凸模固定方式
料选用T10A钢,淬火硬度HRC56-60必要时表面
可进行渗氮处理。
圆凸模可采用高精度外圆磨床加工,异形凸模可以采用慢走丝线切割加工或成形磨削加工(成形磨削是模具零件成形表面精加工的一种方法,可以获得高尺寸精度、高表面加工质量⑺o
凸模固定方式如图4-10所示:
凸模以过渡配合(K6)固紧在凸模固定板上,顶端形成台肩,以便固定,并保证在工作时不被拉出,安全可靠。
422凸模长度的确定
凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。
一般不宜过长,否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳。
致使模具间隙出现不均匀,从而使冲件的质量及精度有所下降,严重时甚至会使凸模折断。
根据模具设计结构形式,凸模的长度为
L=H1+H,+H.+H
(4-8)
式中,工一凸模的长度(mm;
円1—凸模固定板的厚度(mm,它取决于冲件的厚度t,一般在冲
制t<
1.5mm的板料时,取15〜20mm当t=1.5〜2.5mm时,取20〜25mm这里取
Hi二Y1伽;
用2—卸料板的厚度(mm,取=12稱叨;
月3_—导料板的厚度(mr)i,取-3mm;
H—附加长度(mm。
主要考虑凸模进入凹模的深度(对于冲裁凸
模取1mm对于压弯凸模根据零件弯曲高度取5.2mm)以及模具闭合状态下卸料板的到凸模固定板间的安全距离(取20mm
将各数据代入式(4-8)中得:
冲裁凸模长度^=17+12+3+20+1=53™
压弯凸模长度417+12+3+20+5.2=57.加刖
4.2.3凸模的强度计算
冲裁时凸模因承受了全部的压力,所以它承受了相当大的压应力。
而
在卸料时,又承受有拉应力。
因此,在一次冲裁的过程中,其应力为拉伸和压缩交变反复作用。
在一般情况下,凸模的强度是足够的,因此没有必要作强度的校核⑻。
但针对本过电片零件特点,其中有的凸模断面尺寸很小,因此必须对相应凸模的强度一包括凸模的最小断面(危险断面)的承压能力和抗弯能力进行校核。
(1)凸模承受能力的校核
对凸模最小断面上的承受能力进行计算时,必须使冲裁力小于或等于危险断面所允许的最大压应力。
由[9]表2-9查得,对于材料为黄铜的冲件,最小的允许凸模相对直径(匸亘)为0.61〜0.85,而该模具中凸模刃口最小壁厚1.2mm
=1.2/05=2.4
故凸模承受能力满足要求。
(2)失稳弯曲应力的校核
凸模在中心轴向压力的作用下,保持稳定(不产生弯曲)的最大长度与导向方式有关,由卸料板导向凸模最大允许长度h二按式(4-9)计算:
//叵
wK*(4-9)
式中,'
wk—凸模最大允许长度(mr)i;
凸模材料弹性模量,对于钢材可取匸I.L一二一:
;
d—凸模或冲孔直径(mr)i;
f—冲件材料厚度(mr)i;
「一冲件材料抗剪强度(二…:
),这里对于H68普通黄铜l一丄工j
所以
大于凸模长度,故满足要求。
显然,其它凸模也满足弯曲校核要求。
4.2.4凹模结构形式设计
图4-11压弯凹模镶块
凹模在设计中采用整体加工而成,为了便于设计、制造、维修,压弯凹模两件采用镶拼结构,嵌入冲裁凹模孔内,并用螺丝固定,凸、凹之间的间隙为一个料厚。
压弯凸模头部设计为圆弧角(R=1),以避免压弯时擦伤产品。
在直角弯曲的压弯凹模靠近折弯线处,设计一条校正筋,如图4-11所示,使压弯时在产品根部产生塑性变形,减小回弹,保证耐弯曲角凹模材料与凸模相同,选用T10A钢,淬火硬度HRC58-62
如图4-12所示,为冲裁凹模刃壁形式,适用于薄料冲裁模[10]。
一般可以使用电火花穿孔加工凹模⑺。
4.2.5凹模结构尺寸的确定
凹模设计应考虑的事项是关于凹模强度、制造方法及其加工精度等。
特别是凹模孔的尺寸,在实用上是和制件尺寸一起来考虑的。
它关系到制件质量的好坏,因
此对其加工表面质量亦必须予以充分的考虑。
凹模的厚度和外形尺寸,对于其承受的冲裁力,必须具有不引起破损和变形的足够强度。
冲裁时,凹模承受冲裁力和水平方向的作用,由于凹模的结构形式不一,受力状态又比较复杂,特别是对于复杂形状的冲件,其凹模的强度计算就相当的复杂。
因而,在目前一般的生产实际情况下,通常都是根据冲裁件的轮廓尺寸和
板料厚度、冲裁力的大小等来进行概略的估算及经验修正的[9]。
结构尺寸计算如
下:
(1)凹模壁厚
凹模壁厚b按文献[10]表14-5选择。
从排样图2-3知冲件料宽50mm(>
40-50mm),料厚0.5mm(<
0.8mm),由文献[10]表14-5取b=30mm
(2)凹模厚度:
凹模厚度h根据冲裁力F按文献[10]图14-15选择。
先算冲裁力:
\F^KLlt
(4-10)
式中,L—冲裁件周边长度(mr)i;
t
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