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导向板冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172635585    类型:共享资源    大小:571.56KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    导向 冲压 成形 工艺 模具设计
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    第 1 页 1 绪 论1.1 国内模具的现状和发展趋势目前,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。1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快,据不完全统计,2003 年我国模具生产厂点约有 2 万多家,从业人员约 50 多万人,2004 年模具行业的发展保持良好势头,模具企业总体上订单充足,任务饱满,2004 年模具产值 530 亿元。进口模具 18.13 亿 美元,出口模具4.91 亿美元,分别比 2003 年增长 18%、32.4%和 45.9%。进出口之比 2004 年为3.69:1,进出口相抵后的进净口达 13.2 亿美元,为净进口量较大的国家。在 2 万多家生产厂点中,有一半以上是自产自用的。在模具企业中,产值过亿元的模具企业只有 20 多家,中型企业几十家,其余都是小型企业。 近年来, 模具行业结构调整和体制改革步伐加快,主要表现为:大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品;专业模具厂数量增加,能力提高较快;“改革开放以来,随着国民经济的高速发展,市场对模具的需求量不断增长。近年来,模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展,模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化,除了国有专业模具厂外,集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡” ;广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心;中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快,市场竞争的日益加剧,人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一,模具制造技术现已成为衡量一个国家工业发展工业现状的重要度量工具。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度,将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维 CAD,并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件,个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow 、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件,并成功应用于冲压模的设计中。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步,东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外,许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如,吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析第 2 页 KMAS 软件,华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 CAD/CAE/CAM 软件,上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模 CAD 软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展,但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。虽然说我国模具业发展迅速,但远远不能适应国民经济发展的需要。我国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,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。 其次,标准化水平有待提升。中国模具标准化工作起步晚,标准件的生产、销售、推广和应用工作相对落后,目前模具标准件的使用覆盖率约 40%~45%,而国际上一般高于 79%,中小模具则更在 80%以上。第六,模具人才需求远大于供给的窘境急需改观。模具人才的培育本身是个长期过程,且要求多年经验的积累。而受限于软硬件设施条件,一些高校培养出的专业学员实际技能不够;同时,规范化职业教学标准的缺失导致了社会上各类培训班的学员亦良莠不齐。第 3 页 第七,需再接再厉,加快模具产品结构调整的步伐。总的发展方向仍将是,实现大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业总体速度;继续扩增塑料模和压注模所占比例;扩充专业模具厂家的数量及能力。第八,加大投入以强化创新能力。骨干企业有必要配齐从模具粗加工、热处理到各种精加工、光整加工、质量控制与监测等的整套设备;一般企业也应拥有数控加工设备,实现模具制造的全自动加工,并通过推进产学研合作强化创新力。第九,促进模具企业间联合重组应成为大势所趋。这主要是考虑到当前模具企业中相当一部分为民营企业,客观上存在先进制模技术和设备难于导入的问题,这无疑加剧了在中低档市场的竞争。第十,海外市场开拓有待深化。以澳大利亚为例,该国对冲压模具的需求看涨,中国可利用自身在这方面的技术装备优势,进一步开拓国际市场。1.1.2 国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展,但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距,尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年,中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短” 、 “精度高”、 “质量好”、 “价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项:(1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟,各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务的力度;进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工,大幅度提高了加工效率,并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块,还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展,对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 CAD 数据,用于模具制造业的“逆向工程” 。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十五 ”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工 第 4 页 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造复杂的成型电极,这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。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。 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 导向板模具设计的设计思路冲裁是冲压工艺的最基本工序之一,它是利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它包括落料、冲孔、切边、修边、切舌、剖切等工序,其中落料和冲孔是最常见的两种工序。冲裁在冲压加工中应用极广。它既可直接冲出成品第 5 页 零件,还可以对已成形的工件进行再加工。普通冲裁加工出来的制件的精度不高,一般情况下,冲裁件的尺寸精度应在 IT12 级以下,不宜高于 IT10 级。弯曲是利用金属的塑性变形,将板料、棒料、型材或管材等按设计要求弯成一定曲率和一定角度的零件的一种冲压工序。它属于成形工序,是冲压加工的基本工序之一。只有加强冲裁变形基础理论的研究,才能提供更加准确、实用、方便的计算方法,才能正确地确定冲裁工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸,解决冲裁变形中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。导向板是典型的冲压件,该模具工作过程是简单的冲孔切断弯曲,根据零件图的结构和尺寸精度以及材料的性能确定完成该冲件所需要的模具类型.因此,综合考虑各种因素后采用连续级进模。根据计算的结果和选用的标准模架,判断此次冲裁能不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件,模具必须有足够高度。要改变模具的高度,只有从改变导柱和导套的高度,改变导柱和导套的高度的同时,还要注意保证导柱和导套的强度. 导柱和导套的高度可根据冲裁凸凹模与落料凹模工作配合长度决定.设计时可能高度出现误差,应当边试冲边修改高度。1.4 导向板模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间 10 天;2.确定加工工艺方案,所用时间 5 天;3.模具的设计,所用时间 30 天;4.模具的调试.所用时间 5 天. 2 工艺性分析工件名称:导向板生产批量:大批量材 料: Q195 钢厚 度: 1mm 工件简图:见图 1第 6 页 图 1 导向板2.1 尺寸精度图示零件的尺寸均未注公差,按惯例取 IT14 级,尺寸精度较低,符合一般冲压的经济精度要求。2.2 冲裁件的孔边距和孔间距为避免工件变形和保证模具强度,孔边距和孔间距不能过小。其最小许可值当取:。根据工件的尺寸可得 ,C=2mm 所以工件的尺寸符合要求。tc5.14.5C冲孔时因凸模强度限制孔的尺寸不应太小,否则凸模易折断,查表 2.7.3 知,工件上孔的直径大于或等于 0.4 倍的料度即 d1≥0.4t。由任务书零件图易于看出工件的尺寸符合要求。2.3 冲压工艺性图示零件材料为 Q195 钢,适合一般的冲压加工。此工件有冲孔切断弯曲三个工序,结构相对比较简单,只有两个 φ4.1 的孔和弯曲。图示零件的尺寸全部为未注公差的一般尺寸,一般按 IT14 级取,尺寸精度较低,普通冲裁与弯曲均完全可以满足要求。由以上分析可知,图示零件具有比较好的冲压工艺性,适合冲压生产。3 工艺方案的选择该工件包括落料和冲孔两个基本工序,可有以下三种工艺方案:方案一:先落料,后冲孔,再弯曲。采用单工序模生产。方案二:落料—冲孔复合冲压,然后弯曲。采用复合模生产。方案三:冲孔切断弯曲连续模。采用级进模生产。第 7 页 分析冲压方案如下:方案一的模具结构简单,模具寿命长,制造周期短;工件的回弹容易控制,尺寸和形状精确,表面质量高,但需要三道工序三套模具,成本高而且生产效率低,难以满足大批量生产的要求。方案二需要两副模具,工件的精度高,生产效率较高,成本也较低。 方案三只需要一套模具,工序集中,用一副模具完成全部工序,由于它实质上是把方案一的各工序分别布置到级进模的各个 工位上效率高,能够满足大批量的生产,但是设计复杂不符合现阶段要求。该零件 φ4.1mm 的孔与边之间的最小距离为 4.5mm,大于此凸凹模允许的最小壁厚(2.7mm) ,可以采用冲孔、落料复合模或冲孔、切断连续模。而且复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产率也高。尽管模具结构比较复杂但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。综上所述,选用方案二较合理。4 模具结构的选择与确定 1)模具结构:根据上述分析,本零件的冲压包括冲孔,落料和弯曲两个工序,为方便小孔废料的落下,采用正装结构,即冲孔凹模安排在下模。凹模安排在上模,采用刚性打料装置既可以卸料也可以用来压料,保证精度。2)导向方式:为了提高模具寿命和工作质量,便于安装调整,该复合模采用后侧导柱模架。3)定位装置:本工件在模具中尺寸是较小的,又是大批量生产,冲孔时第一个工位采用定位销定位,第二个工步采用固定挡料板定位。4)送料方式:因是大批量生产,但工件简单,所以采用手动送料方式比较好,能够使模具制造简单。同时因模具采用冲孔落料复合模,所以板料需排样设计。5)卸料方式:本模具采用正装结构,冲孔废料从凹模孔洞漏下,为了简化模具结构,可以在下模座中开有通槽,使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为 1 mm,料厚比较厚,为了简化模具结构和达到可靠的卸料力,选用刚性卸料板来卸下条料废料。在此可以用导料板兼做刚性卸料板。第 8 页 5 相关工艺计算5.1 冲裁工序总力的计算由工件结构和前面所定的冲压方案可知,本模具采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响。本模具采用普通平刃口模具冲裁,其冲裁力 P 按下式计算:bPKLt式中 P—冲裁力(KN) 。K—系数,一般取 1.3 L—冲裁件剪切周边长度(mm) 。t—冲裁件材料厚度(mm)—被冲材料的抗剪强度 。aMP上式中抗剪强度 与材料种类和坯料的原始状态有关,可在手册中查询,为方便计算,可取材料的 ,故冲裁力表达式又可表示为:b0.8b1.3tPL查手册 Q195 钢的 取极限值pab4031540bKNtb..42孔查表 2.6.1 卸料力系数 2x第 9 页 卸料力 KN56.2310.孔卸卸 PK推件力 Tn冲—推件力系数,由手册查得T .Tn—同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中 n=h/th—凹模刃部直壁洞口高度(mm) ,t—料厚( mm) 查手册 表 2.9.4 可得和 h=6mm,故 n=6/2=3KNPnKT54.130.冲5.2 弯曲工序总力的计算1)弯曲件坯料尺寸计算:弯曲件未注圆角取 r=1mm(大于材料允许的最小弯曲半径 )tr4.0min的弯曲件,由于变薄不严重,可按中性层展开原则,坯料总长度等于弯曲件tr4.0直线部分长度和弯曲圆角部分应变中性层长度之和,即:)(弯 xtrL180)(2tl总式中 ——弯曲件弯曲圆角部分长度;弯L——坯料展开总长度;总——弯曲中心角。m14.307.1245.19)(总 L2)弯曲力的计算弯曲力指的是压力机完成预定的弯曲工序所需施加的压力,是选择压力机和设计模具的重要依据之一,生产中通常采用经验公式计算.U 形件弯曲力 trbF2K7.0自式中 ——冲压行程结束时子有弯曲的弯曲力(N) ;自K——安全系数,一般取 K=1.3;b——弯曲件宽度(mm) ;——弯曲件材料的抗拉强度(Mpa) ;r——弯曲件的内弯取半径(mm) 。第 10 页 KNF485.104.37.02自模具设有顶件装置(兼作押料装置) ,其顶件力或压料力的值可近似取自由弯曲力的30%-80%,即自压顶 )( 或 kF式中 ——自由弯曲力( N) ;自Fk——系数,取 0.3—0.5。K645.18.30顶 N10.3012. )) ((总F6 初选压力机6.1 初选压力机查文献[4]开式可倾压力机参数初选压力机型号为 JG23-16 见表。
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