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垫圈的冲压成形工艺及模具设计.rar

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    垫圈 冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪 论模具工业是国民经济的基础工业,是工业生产的重要工艺装备。先进国家的模具工业已摆脱从属地位,发展为独立的行业。日本工业界认为:“模具工业是其它工业的先行工业,是创造富裕社会的动力” 。美国工业界认为:“模具工业是美国工业的基石” 。在德国模具被冠以“金属加工业中的帝王”之称。1.1 国内模具的现状和发展趋势在我国,1998年3月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置。目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的40%以上,处于主导地位。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%。但大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产,但总体技术水平不高,与国外先进国家相比,仍有很大差距。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。到目前,中国约有模具生产厂家 2 万多家,从业人员有 50 多万人,全年模具产值高达450 亿元人民币以上。中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性,东南沿海地区发展快于中西部地区,南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区,其模具产值约占全国产值的三分之二以上。而在模具制造领域中占有重要地位的冲压模具生产技术与工业发达国家相比还相当落后,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方面与工业发达国家尚有相当大的差距,导致我国模具在寿命、效率、2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。随着工业产品质量的不断提高,冲压产品生产正呈现多品种、少批量,复杂、大型、精密,更新换代速度快等变化特点,冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。为适应市场变化,随着计算机技术和制造技术的迅速发展,冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术向计算机辅助设计、数控切削加工、数控电加工为核心的计算机辅助设计与制造技术转变。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、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.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: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3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。大学三年的学习即将结束,毕业设计是其中最后一个实践环节,是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题,我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、洛阳中国一拖集团、美达塑业的生产实习,我对模具塑料模具和冲压模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识,而对模具的制造工艺更是实现了零的突破。实习过程中,在指导老师和在工厂师傅的指导帮助下,在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体,明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。设计过程中,我又在图书馆查阅了许多相关手册和书籍,并在互连网上查阅了许多最新研究成果,在老师的指导和同学的帮助下,最终完成了本次毕业设计。42 冲裁件工艺规程的编制2.1 冲压工艺性分析工件名称:垫圈生产批量:小批量材料:45料厚:2mm工件如图5冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺性的适应性,所谓冲裁性好是指用普通冲裁方案,在模具寿命和生产率较高的条件下得到质量合格的冲裁件。因此冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁工艺性要求,对冲裁质量、模具寿命和生产率有很大影响。对于本零件:(1)材料 45 钢具有良好的冲压性能(2)工件结构 该零件形状简单,可以考虑采用级进冲裁。(3)尺寸精度 所有尺寸均未标注公差,属于自由尺寸,按 IT14 级确定工件的公差,一般冲压均能满足其精度要求。(4)冲裁件的孔边距和孔间距满足冲裁工艺性要求结论:可以冲裁。2.2 冲压工艺方案的确定冲裁工序的组合方式可分为:单工序冲裁、复合冲裁、和级进冲裁 方案一:先落料,后冲孔,后弯曲。采用单工序模生产。方案二:落料冲孔弯曲复合冲压,采用复合模生产。方案三:冲孔落料弯曲连续冲压,采用级进模生产。6方案一模具结构简单,但需两道工序三副模具,生产率较低,不适于大批生产,难以满足该零件的年产量的要求。方案二虽然只需一副模具,冲裁件精度和质量高,生产率高,但模具结构较复杂,模具制造困难,而本制件只是一般精度的零件。方案三也只需一副模具,生产率高,但模具结构比较简单,送进操作方便,生产率高。通过对上述三种方案的分析和比较,该件的冲压生产采用方案三为佳。2.3 排样设计2.3.1.坯料长度的计算由零件图可知:r=0.8<0.5t=1查课本表 3.4.2零件展开长度为:LZ=l1|+2l2+2l 3+t=8+20+55+8+2=93mm2.3.2 确定零件的排样方案冲裁件在条料、带料、或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本,保证冲件质量及模具寿命的有效措施。根据材料的合理利用情况,条料排样方法可以分为:有废料排样、少废料排样、无废料排样,采用少、无废料排样可以简化冲裁模结构,减小冲裁力,提高材料利用率,但是,因条料本身的公差及条料导向与定位所产生的误差影响,冲裁件公差等级低。同时,由于模具单边受力(单边切断时) ,不但会加剧模具磨损,降低模具寿命,而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此排样必须统筹兼顾、全面考虑。对于有废料排样、少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类,其主要形式有:直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多排、冲裁搭边。因此排样非常重要,此零件外形为矩形,结构简单,故可以采用直排,兼顾到板料利用率及冲裁零件的精度要求,采用少废料排样。排样如图所示:72.3.3 条料宽度和材料利用率的计算冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料的利用率,它是衡量合理利用材料的经济性指标。板料在成形为零件制品时,为了满足冲裁的工艺性要求,不可避免的要产生一些废料,冲裁所产生的废料可分为两类:一类是结构废料,是由冲件的形状特点长生的;令一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边,以及料头、料尾和边余料而产生的废料,称为工艺废料。所谓搭边时指排样时冲裁件之间及冲裁件和条料侧边之间留下的工艺废料,搭边的作用:一是补偿定位误差和剪板误差,确保冲出合格零件;二是增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率;同时,搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙,从而提高模具寿命。搭边值对冲裁过程和冲裁件质量有很大影响,因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大,材料利用率低;搭边过小时,搭边的强度和刚度不足,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲裁件毛刺,有时甚至单边拉入模具间隙,造成冲裁力不均,损坏模具刃口,因此合理确定搭边值非常重要。这里取最小搭边值,查课本表 2.5.2 最小搭边值,可以得到工件间搭边 a1为2.2mm,侧面搭边 a 为 2.5mm。查课本表 2.5.3 条料宽度偏差△=0.6mm条料宽度的计算,考虑到送料方便和提高劳动生产率,在此选用无侧压装置的模具,按下式计算:条料宽度 B 0-△ =(Dmax+2a)0-△ =(93+2*2.5)0-0.6=980-0.6mm式中 D max—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸8a—侧搭边值△—条料宽度的单向(负向)偏差材料利用率的计算,一个步距内的材料利用率是:总 =(A1/Bs)*100%式中 A1—一个步距内冲裁件的实际面积,mm 2;B—条料宽度,mm; s—步距, mm代入数据经计算得 总=76%3 模具结构形式的选择与确定3.1 凸凹模及弯曲模的安装形式本模具采用级进冲裁和弯曲,即先复合冲孔落料再弯曲,落料冲孔凸凹模安装在上模,弯曲凸模安装在上模,采用正装的结构形式。93.2 送料方式设计与选择考虑到落料冲孔弯曲件的结构特点,及生产效率和成本,在此采用手动送料方式。3.3 定位装置的设计与选择冲模的定位零件是用来保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。条料在模具送料平面中必须有两个方向的限位:一是在与条料方向垂直的方向上的限位,保证条料沿正确的方向送进,即送进导向;二是在送料方向上的限位,控制条料一次送进的距离,即送料定距。此零件为大批量生产, 送料方便,定位简单,用导料销作为送进导向,导正销设两个,并位于条料的同侧,由于条料采用从前向后送进,故导料销装在左侧,并将其设在凹模面上。弯曲时,为方便上一工序件的定位准确,压紧可靠,根据上一工序件的厚度及形状特点,在此将凹模板上开一槽穴,结构详零件图和装配图。控制送进步距在此选用固定挡料销,用它挡住搭边或冲件轮廓,以限定送进步距,其结构简单,容易制造,但其钩头易转动,所以应考虑防转。3.4 导向方式的选择与设计 为确保零件的质量及稳定性,并从利于提高生产率考虑在此选用导柱、导套导向装置。在此选用后侧导柱模架,其导向装置装在后侧,横向纵向送料都比较方便。3.5 卸料方式的选择与设计本复合模具采用正装结构,冲孔废料留在凹模孔洞中,故在上模部分应设置刚性推件装置,它有打杆、推板等零件组成由于落料时废料会卡在凸凹模上,在此选用弹压卸料装置,它由卸料板、弹性元件、卸料螺钉等组成。弹压卸料即起卸料又起压料作用,所得冲裁零件质量较好,平直度高。104 冲压工艺总力的计算及压力机的选取4.1 冲裁工序总力的计算由冲裁零件结构和所已经定的冲压方案可知,本工件的冲裁力包括以下几部分:冲内形的力 P1,落外形的力 P2,向下推出冲孔废料的力 P3,弯曲力 P4.考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响,实际计算冲裁力时按下面公式:
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