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油封钢圈冲压工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172636483    类型:共享资源    大小:472.36KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    钢圈 冲压 工艺 模具设计
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    河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文1第 1 章 绪 论冲压是一种先进的少无切削加工方法,具有节能省材,效率高,产品质量好,重量轻,加工成本低等一系列优点,在汽车,航空航天,仪器仪表 ,家电,电子,通讯,军工,日用品等产品的生产中得到了广泛的应用。据统计,薄板成型后 ,制造了相当于原材料的 12 倍的附加值,在国民经济生产总值中,与其相关的产品占四分之一 ,在现代汽车工业中,冲压件的产值占总产值的 59%。随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后,主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。我国模具业发展尚存在以下几方面的不足:第一,体制不顺,基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用,私营企业近年来发展较快,国企改革也在进行之中,但总体来看,体制和机制尚不适应市场经济,再加上国内模具工业基础薄弱,因此,行业发展还不尽如人意,特别是总体水平和高新技术方面。 第二,开发能力较差,经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低,水平较低,且不重视产品开发,在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元,国外模具工业发达国家大多是 15~20 万美元,有的高达 25~30 万美元,与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理,真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三,工艺装备水平低,且配套性不好,利用率低.虽然国内许多企业采用了先进的加工设备,但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多,特别是设备数控化率和CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因,引进设备不配套,河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文2设备与附配件不配套现象十分普遍,设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低,带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四,专业化、标准化、商品化的程度低、协作差. 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响,许多模具企业观念落后,模具企业专业化生产水平低,专业化分工不细,商品化程度也低。目前国内每年生产的模具,商品模具只占 45%左右,其馀为自产自用。模具企业之间协作不好,难以完成较大规模的模具成套任务,与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低,标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响,对模具制造周期影响尤甚。 第五,模具材料及模具相关技术落后.模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本,国产模具钢与国外进口钢相比,无论是质量还是品种规格,都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差,也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势(1)工艺分析计算方法的现代化。例如,生产汽车覆盖件的冲压工艺,传统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验,进行对比分析,确定工艺方案和有关参数,然后设计模具,进行试冲,经过反复试验和修改,才能转入批量生产。近几年来,国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对覆盖件成形过程进行计算模拟,分析应力应变关系,从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题,并将结果显示在图形终端上,供设计人员进行选择和修改。这样,不仅可以节省昂贵的模具试制费用,缩短产品试制周期,而且可以建立符合生产实际的先进设计方法;既促进了冷冲压工艺的发展,又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。(2)模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代,缩短工装设计、制造周期,正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。采用这一技术,一般可以提高模具设计和制造效率 2~3 倍,模具生产周期可缩短1/2~1/3。发展这一技术的最终目标,是要达到模具 CAD/CAM 一体化,而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具 CAD/CAM 技术,还可提高模具质量,大大减少设计与制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。(3)冲压生产的机械化和自动华。为了满足大量生产的需要,冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件,既可在多工位压力河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文3机上生产,也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工,使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件(如汽车覆盖件)可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置,进行机械化流水线生产,从而减轻劳动强度和提高生产率。(4)为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势,发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统(FMS)等。这样,就使冲压生产既可适合大量生产,又可适用于小批量生产。(5)不断改进板料性能,以提高其成形能力和使用效果。例如,研制高强度钢板,用来生产汽车覆盖件;研制新型材料板,用来生产航空构件等。1.2 国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备,在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中,60%-80%的零部件都要依靠模具成型用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性,是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低,已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志,并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。近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面,世界模具市场年交易总额为 600~650 亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。在冲模方面:国外多工位级进模多达 50 个工位。多次拉伸成形工件发展了多工位传递模。多次冷挤压工件也发展了多工位传递模。多次弯曲工件发展了前几个冲裁工位用级进模接着用多向自动弯曲模。在级进模的基础上发展了多功能模具。它可包含玫丝、焊接、铆合、叠装、组装等工序的连续复合功能,加速了产品的生产、装配周期,这种多功能模具生产出来的不是单个工件,而是成批的组件。 国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上;国外模具企业的组织形式是“大而专“、“大而精“。2004 年中国模协在德国访问时,从德国工、模具行业组织--德国机械制造商联合会(VDMA)工模具协会了解到,德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中(VDMA)会员模具企业有 90 家,这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%,可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展,国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才,他们的技术水平比较高.故人均产值也较高.我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右,而国外模具工河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文4业发达国家大多 15~20 万美元,有的达到 25~30 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达 70%以上,而我国才达到 45%.1.3 油封钢圈件模具设计与制造方面1.3.1 油封钢圈模具设计的设计思路它是利用拉深模在压力机作用下,将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法,然后再由冲孔方法得到底部的孔,它不仅可以加工旋转体零件,还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件,但是,加工出来的制件的精度都很底。一般情况下,拉深件的尺寸精度应在 IT13 级以下,不宜高于 IT11 级。该零件在满足冲压工艺性要求的前提下,采用的冲压工序是落料、拉深和冲孔和切边。1.3.2 油封钢圈件模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间 5 天;2.确定加工方案,所用时间 5 天;3.模具的设计,所用时间 30 天;河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文5第 2 章 油封钢圈工艺分析工件名称:油封钢圈生产批量:大批量材料:08 钢 厚度 t=1.8mm工件简图:如图 1-1 所示河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文6拉深件的工艺性好坏,直接影响到该零件的能否用拉深方法生产出来,影响到零件的质量、成本和生产周期等。一个工艺性好的拉深件,不仅能满足产品的使用要求,同时用最简单的、最经济的和最快的方法生产出来。1、此工件为无凸缘圆筒形工件,要求外形尺寸,没有厚度不变的要求。在满足工艺性要求时,如进行大批量生产,一般是采用拉深成型的,圆筒形件的毛料为圆板料,可以通过落料获得。零件底部的孔如满足工艺性要求,可通过冲孔得到,因此,该零件在满足冲压工艺性要求的前提下,采用的冲压工序是落料、拉深和冲孔。2、该零件外径 Φ25,厚度 1.8mm,其精度大致为 IT11 级,拉深工艺可以保证。3、该零件低部孔为 Φ9,其精度为 IT12 级精度,普通的冲裁工艺均可以保证。4、该零件的圆角半径 R4。5、该零件低部孔 Φ9 远远大于冲裁工艺对最小孔径要求( ) [1]。10dt综上所述,该零件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺性的要求,在大批量生产时可以用冲压加工,冲压的零件工序为落料、拉深和冲孔。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文7第 3 章 拉深工艺计算3.1 修边余量的确定在拉深过程中,常用材料机械性能的方向性,模具间隙不均,板厚变化,摩擦阻力不等及定位不准等影响;而使拉深件口部或凸缘周边不齐,必须进行修边,故在计算毛坯尺寸时应按加上修边余量后的零件尺寸进行展开计算。h=8.5-0.9=7.6mm,d=21.4+1.8=23.2mm。根据相对高度 h/d=0.33,修边余量的数值查表知所以修边余量 =1.0 mm河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文83.2 毛坯尺寸计算3.2.1 确定拉深件毛坯尺寸计算的依据由于板料在拉深过程中,材料没有增减,只是发生塑性变形。在变形过程中,材料是以一定的规律转移的,所以应满足以下情况。1、毛坯的形状应符合金属在塑性变形时的流动规律。其形状一般与拉深件周边的形状相似。毛坯的周边应该是光滑的曲线而无急剧的转折,所以,对于旋转体来说,毛坯的形状无疑是一块圆板,只要求出它的直径。2、拉深前后,拉深件与其毛坯的质量不变、体积不变,对于不变薄拉深,其面积基本不变。3、由于板料具有方向性以及毛坯在拉深过程中的摩擦条件不均匀等因素的影响,拉深后的工件顶端一般都不平齐,需要修边,所以在毛坯尺寸中,应包括修边余量。3.2.2 该零件毛坯尺寸的计算该零件为形状简单的旋转体拉深件的毛坯直径在不变薄的拉深中,材料厚度虽有变化,但其平均值与毛坯原始厚度十分接近,因此,毛坯能展开尺寸可根据毛坯面积与拉深件面积(加上修边余量)相等的原则求出。将 d=23.2mm,h=7.6 mm 代入公式:毛坯直径按下式确定:D = dh42= 6.73.=35.3mm3.3 排样该工件排样根据拉深工序设计。考虑到操作方便及模具结构简单,故采用单排排样设计,查表得搭边值 a=1.5、 ,则1.5a条料宽:b=35.3+2a=35.3mm+2×1.5=38.3 mm河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文9条料的进距为 h=35.3+1.5=36.8 mm冲裁单件工件材料的利用率按公式可得:=210%Rbh7排样图如图 4-3 所示图 4-3 排样图3.4 确定拉深系数及拉深次数毛坯相对厚度 t/D=1.8/35.3 5.1 ﹥2 ,查表可不用压料圈装置,但为了保险%起见,首次拉深仍采用压料装置。采用压料装置后,首次拉深可采用较小的拉深系数,有利于减少拉深次数。根据 t/D=5.1%;查得极限拉深系数 m1=0.50,而工件总的拉伸系数 m 总 =d/D=23.2/35.3=0.65,即 m 总 ﹥m 1,故工件可一次拉深成形,即可采用落料-拉深复合冲压模。3.5 凸凹模的最小壁厚凸凹模是复合模中的一个特殊零件。其内形刃口拉深凹模作用,外形刃口起落料凸模作用,外形按一般凸模设计,内形按一般凹模设计。设计的关键是要保证内形和外形之间的壁厚强度,壁太薄,易发生开裂。加强凸凹模的方法有以下几种 [3]:1、增加有效刃口以外的壁厚。2、采用正装式结构复合模,减少凸凹模模孔废料的积存数目,减少推件力。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书 /论 文103、凸凹模设计的关键在于保证内形和外形之间有一定的壁厚,使凸凹模有一定的深度。4、对于不积聚废料的凸凹模。其最小壁厚 m 为:落料为硬材料时 m 1.5t,但不能小于 0.7 mm;冲裁软材料时 m t,但不能小于 0.5 mm。本零件为硬材料成形,其最小壁厚为 m 1.5t=1.5 1.8=2.7mm。第 4 章 确定工艺方案及模具结构形式4.1 工艺方案的确定该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序,可以有以下几种工艺方案:方案一:先落料、后拉深、再冲孔,采用单工序模生产。方案二:落料、拉深、冲孔复合冲压,采用复合模生产。方案三:落料、拉深、冲孔级进冲压,采用级进模生产。除此之外,还有其它方案,这里不再一一列举。以上几种方案:对于方案一,模具要求简单,但是需要两道或者更多道工序,每道工序都需一套模具,模具套数过多,生产效率将会降低,难以满足大批量生产的要求;方案二采用复合模生产,生产效率较高,复合模结构虽然较方案一复杂,但是由
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