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垫片冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172635197    类型:共享资源    大小:1.88MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    垫片 冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪 论近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具设计与制造水平有了较大提高,大型、精密、复杂高效和长寿命模具的需求量大幅度增加,模具质量、模具寿命明显提高,模具交货期较前缩短,模具 CAD/CAM 技术也得到了相当广泛的应用。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状国内现在的模具情况不容乐观,主要是受到金融危机的影响。模具专业知识也不是特别的全面,模具专业方面的资料也不好找,原因是我国的模具水平较国外比较落后,还需要进一步的发展。冲压技术广泛应用于航空、汽车、电机、家电和通信等行业零部件的成形。由于冲压工艺具有生产率高,能成形复杂零件,适合大批量生产等优点,在某些领域已经取代机械加工,并正逐步扩大其应用范围。据国际生产技术协会预测到本世纪中,机械零部件中 60%的粗加工,80%的精加工要由模具来完成。因此冲压技术对发展生产、增加效益、更新产品等方面具有重要作用。经调查,全国模具行业从业人员的岗位分布情况大致如下:从事模具设计,模具工艺过程实施,产品质量检验和监督工作的人员占总数的 42%;其次是具体生产设备的操作,模具的制造、调试和维修,从事这类工作的是智能型操作人员,占总数的 26%;三是从事生产组织,技术指导和技术管理工作的人员,占总数的 14%;四是从事模具营销工作和售后技术服务的人员,占总数的 9%;五是个体、行政管理人员,占总数的9%。从 20 世纪 80 年代初开始,工业发达国家的模具工业,已从机床工业中分离出来,并发展成为一个独立的工业部门,而且其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来,中国的模具工业发展十分迅速;近年来,一直以每年 15%左右的增长速度快速发展。目前,中国约有 17000 多个模具制造厂点,从业人数 60 多万;2001 年中国模具工业总产值达 320 亿元人民币,中国模具工业的技术水平取得了长足的进步。国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越多且越来越高的要求巨大的市场需求推动着中国模具工业更快地发展。2001 年中国大陆制造业对模具的市场需求量约为 430 亿元人民币;今后几年仍将以每年 10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂高效和长寿命模具需求2的增长将远超过每年 10%的增幅。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。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3向包括以下几方面: 1) 模具日趋大型化; 2) 在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术; 3) 模具扫描及数字化系统; 4) 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术; 5) 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率; 6) 发展优质模具材料和先进的表面处理技术; 7) 模具的精度将越来越高; 8) 模具研磨抛光将自动化、智能化; 9) 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程; 10)开发新的成形工艺和模具。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。 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4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%冲压技术的发展主要反映在以下 5 个方面:(1)模具的计算机辅助能力设计和辅助制造技术采用该技术,模具设计和制造效率一般可提高 2-3 倍,模具生产周期可缩短 1/2-1/3。目前,已达到 CAD/CAM 一体化,模具图纸只是作为检验模具之用。(2)工艺分析中的板料成形模拟仿真技术 (冲压 CAE)(3)快速模具制造技术的发展将快速成形(RPM)技术与各种常规的铸造、粉末烧结工艺相结合而发展起来的快速模具制造技术以及低熔点合金模具,树脂模具都可用于冷冲压成形。 (4)采用冲压新工艺精密冲裁、液压成形、冲压焊接复合工艺等特种冲压工艺的采用,使冲压工艺的应用范围进一步扩大,冲压制件的质量和效率大大提高,从而使生产成本进一步降低。(5)冷冲压生产的机械化和自动化为了满足大批量生产的需要,冲压设备已由单工位的低速压力机发展到多工位的高速压力机;在高速压力机上采用多工位的级进模进行冲压加工,使冷冲压生产达到高度自动化;汽车覆盖件可采用自动送料、自动取件、自动传送的流水线生产。1.3 冲压加工特点冲压加工与其它加工方法相比,无论在技术方面,还是在经济方面,都具有许多独特的优点.如:冲压在少,无切屑加工方法之一,是一种省能,低耗,高效的加工方法,因而制品的成本较低。冲压件的尺寸公差由模具保证,具有一模一样的特征,所以产品质量稳定,冲压可以壁薄,重量轻,形状复杂,表面质量好,刚性好的工件。冷冲压生产靠压力机和模具完成加工过程,其生产效率高,操作方便,易于机械化与自动化,用普通压力机进行冲压加工,每5分钟可达几十件,用高速压力机生产,每分钟可达数百件或千件以上。1.4 冲压加工和冲模在生产中的地位由于冷冲压加工具有上述突出的优点,因此在批量生产中得到广泛的应用,在汽车,拖拉机,电机,电器仪表和日用品的生产中,已占据十分重要的地位,特别是在电子工业产品生产中,已成为不可缺少的,主要加工方法之一.冲模在实现冷冲压加工是必不可少的工艺设备,没有先进的模具技术,先进的冲压工艺就无法实现,众所周知,产品要具有况争能力,除了应具有的先进模具技术,稳定的使用性能,结构新颖,更新换代快等特点外,还必须具有价格竞争优势,这就需要采用先进,高效的生产手段,不断降低成本,要达到上述目的,途径是多方面的,模具就是其中的重要因素之一,它的重要性早已为国内外所重视,并为工业发达国家的发展过程所证实,在美国,日本等工业发达国家,模具工业年产值,早已超过了机床工业,在模具工业中冲模占的比例很大,由此可以看出冷冲压与冲模在国内外生产中的重要地位.随着科学技术的不断发展进步和工业生产的迅速发展,冲压及模具技术也在为断革新与发展,主要表现以下方面:工艺分析计算方法现代化,近几年来,国外开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对复杂成形件的成形过程进行应力应变分析和计算机模拟,以预测某一工艺方案对零件成形的可能性和会发生的问题,将结果显示在图形终端上,供设计人员进行修改和选择,这样,不但可以节省模具试用制费用,缩短新产品的试制周期,而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法,既促进了冲压工艺的发展,也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用。修改和选择,这样,不但可以节省模具试用制费用,缩短新产品的试制周期,而且可以逐步建立一套能结合生产实际的先进设计方法,既促进了冲压工艺的发展,也将使塑性成形理论逐步达到对生产实际的指导作用.在校学生设计是对手工设计的一种练习,也是为自己以后独立设计的一种演练,在这个基础阶段,必须把一些基本的方法、步骤、公式、表格查法的掌握,才能为以后的设计服务。本次设计的任务是使同学们了解冲压成型的基本原理;熟悉冲压用材料、模具用材料以及冲压用设备等;掌握各种冲压工艺的成型方法,并具有初步解决生产中常出现的工艺问题的能力;掌握各种冲压模具的设计方法,并具有设计中等复杂程度冲压模具能力。61.5 U 形弯曲模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间 20 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;4.模具的调试.所用时间 5 天2 冲压工艺的分析2.1 工件图及要求材料:20 钢厚度:1mm工件简图如下:(冲裁之后由尺寸 10mm 处进行 U 形弯曲)72.2 工件的工艺分析该工件形状简单、对称,是由圆弧和直线组成的。工件内外形所能达到的经济精度为 IT11-IT14 。此工件是典型的 U 形弯曲,零件图中的尺寸公差为未注公差,在处理这类零件公差等级时均按 IT14 级要求。2.3 确定工艺方案8该零件进行冲压加工的基本工序为冲孔,落料,和弯曲。其中冲孔和落料属于简单的分离工序,弯曲成形的工艺方案可以为如下图该制件上的 Φ5 孔的边与弯曲中心的距离为 10mm,大于 1.0t(1.0mm) ,弯曲不会引起孔变形,因此 Φ5 孔可以在压弯前冲出,冲出的 Φ5 孔可以做后续工序定位孔用。完成该制件的成形,可能的工艺方案有以下几种:方案一: 落料和冲 Φ5 孔复合,然后进行 U 形弯曲。方案二: 冲 Φ5 孔,落料及 U 形弯曲。方案三: 全部工序组合采用带料连续冲压。分析冲压工艺方案如下:方案一: 模具结构简单,模具寿命长,制造周期短,投产快;工件的回弹容易控制,尺寸和形状精确,表面质量高;各工序(除第一道工序外)都能利用 Φ5 孔和一9个侧面定位,定位基准一致且与设计基准重合,操作也比较简单方便但是工序比较分散,需用压床,模具及操作人员多,劳动量大。方案二: 工序比较集中,但模具结构较为复杂。方案三: 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工位上,所以它具有方案一的各项优点。但是模具结构复杂,安装、调试、维修困难,制造周期长。综上所述,考虑到该零件的批量不大,为保证各项技术要求,选用方案一。其工序如下:落料和冲 Φ5 孔;U 形弯曲。2.4 工艺计算2.41 计算毛坯长度毛坯的总展开长度:L0 = L1 + 2L210由毛坯图得:L1 = 25mmL2 = 5mmL0 = L1 + 2L2= 25 + 2×5= 35mm(取 35+0.8 +0.3)2.42 排样及材料利用率由于毛坯尺寸较大,并考虑操作方便与模具结构尺寸,决定采用单排。查表,取搭边a=1.0, a1=0.8则送料进距 h=10+0.8=10.8mm条料宽度 B=35+2×1.0=37mm为防止弯曲件开裂,弯曲线要与板料的纤维线垂直,所以只能采用横裁,则每板的条数:n1=1800/37=48 条余 24mm每条的工件数:n2=900/10.8=83 件余 3.6mm每板的工件数:n=n1n2=48×83=3984 个利用率:η=3984×35×10/(900×1800)×100%=86.07%2.43 计算凸、凹模刃口尺寸查《冲压工艺与模具设计》表 2.4 得间隙值 Z =0.100mm ,Z =0.140mm 。minax1. 冲孔 Φ5mm 凸、凹模刃口尺寸的计算。
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