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端盖冲压成形工艺与模具设计.rar

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    编号:20181016172635770    类型:共享资源    大小:752.42KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪 论目前,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 国内模具的现状和发展趋势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;“三资“及私营企业发展迅速;国企股份制改造步伐加快等。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2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; 38)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 带凸缘圆筒拉深模具设计的设计思路拉深是冲压基本工序之一,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。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。只有加强拉深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,才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸,解决拉深变形中出4现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。带凸缘圆筒件是最典型的拉深件,其工作过程很简单就一个落料拉深,根据计算确定它不能一次拉深成功.因此,需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高,根据计算的结果和选用的标准模架,判断此次拉深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。导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深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。2 端盖冲压工艺的分析2.1 拉深件工艺分析原始资料:如图所示 材料:08 钢 厚度:1.5mm `5图 1此工件为带凸缘圆筒形工件,形状简单对称,所有尺寸均为自由公差,对工件厚度变化也没有作要求。由于没有公差等级标注,所以可以按未标公差等级处理。零件图上未标注公差尺寸按 IT14 精度计算。2.2 冲压工艺方案分析2.2.1 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深两个基本工序,可以有以下三种工艺方案:方案一:先落料,后拉深。采用单工序模生产。方案二:落料—拉深复合冲压。采用复合模生产。方案三:拉深级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单,但需要两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的集合行装简单对称,模具制造并不困难。方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之尺寸偏大,通过对上述三种方案的分析比较,若该工件能一次拉深,则其冲压采用方案二为佳。2.3 工艺计算2.3.1 计算毛坯尺寸1.计算工件凸缘相对直径,确定修边余量(1)由工件图可知 t=1.5mm>1mm,故按板厚中径尺寸计dt=55.6mm d=36.2mm H=16.5mm。凸缘相对直径 查表 4.3.2[2]得 修边余量5.6/321.54tdΔR=3.0mm 故按实际外径 dp=55.6+3.0×2=61.6mm 计算。(2)计算毛坯直径 D 有表 4.33[2]得22461.43.16.43756.2.pDdhR m62.3.2 确定工件是否能一次拉深成形板料的相对厚度 查表 4.5.1[2]得极限拉深系数10.576102.dD为 0.58~0.48。零件 <0.58~0.48,故可以一次拉深成形。34H2.3.3 确定是否用压边圈板料的相对厚度 。由表 4.4.4[2]查得可用可不用10.576102.dD压料装置为了保证制件质量,采用弹性压料装置。2.3.4 落料排样设计1、确定零件的排样方案设计模具时,条料的排样很重要。由于是圆形,所以采用直排,材料的利用率较高。图 2 条料的排样2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查表 2.5.2[2]得搭边值 a1=1.0mm,a=1.2mm。条料宽度的计算:拟采用无侧压装置的送料方式,得条料宽度 (2.5.5)00maxD2)cB△ △= (导料板间距离 (2.5.6)A=D—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸;a—侧搭边值;7△—条料宽度的单向(负向)偏差,见表 2.5.3[2];查得△=0.6c—导料板与最宽条料之间的间隙;其最小值见表 2.5.5[2]查得 cmin=0.5mm。代入数据计算,取得条料宽度为 A=79mm。0B△ = 0.6785m3.材料利用率的计算:根据一般的市场供应情况,查表 1-2[3]950 mm×1500 mm×1.5 mm 的冷轧薄钢板。每块可剪 1500mm ×78.5 mm 规格条料 12 条,材料剪切利用率达 99.2%。由材料利用率通用计算公式式(2.5.1) [2]。 = %10BsnA式中 A—一个步距内冲裁件的面积,mm 2;n—一个进距内的冲裁件数量;B—条料宽度,mm; s—进距, mm。得 = =77.6%4839.10%75一张板料上总的材料利用率 式(2.5.2) [2]10nALB总式中 n—一张板材上冲裁件的总数目;A1—一个冲裁件的实际面积,mm 2;n—一个进距内的冲裁件数量;B—板料宽度,mm; L—板料长度 mm。得 82164839.0%87.15总可见材料的利用率较高。2.3.5 主要工作零件的尺寸计算1.落料凸、凹模尺寸的计算由于落料是一个简单的圆形,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单,精度容易保证,所以采用分别加工。设计时,需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造工差 [2]。根据设计原则,落料时以凹模为设计基准。由式(2.4.1)和(2.4.2) [2]得(2.4.1)maxADδ A0△(2.4.2)maxT0in-δ T△ Z式中 D A、D T—落料凹凸模尺寸;Dmax—落料件的最大基本尺寸;x—磨损系数;Δ—工件制造公差;Zmin—最小合理间隙;δ A、δ T—凸、凹模的制造公差。查表 2.3.3[2]得 Zmin=0.132mm x=0.5 查表 2.4.1[2] δ A=0.025mm δ T=0.020mm Δ=0.74mm代入数据得0.250.2575.6473ADm 975.60.475.098TDmm 0 -.2 -.2 13校核:查表 2.3.2[2]得 Zmax=0.240mm Zmia=0.132mmδ A+δ T=(0.025+0.020)mm=0.045mm<(0.240-0.132)mm=0.108mm2.拉深凸凹模尺寸的计算由于尺寸标注在零件内形,所以以凸模为基准,工作部分尺寸为 [2]:(4.8.12)min0.4Td -δ T△(4.8.13)in.A0-δ A△ +Z式中: 、 —凹、凸模的尺寸; DTdmin—拉深件内径的最小极限尺寸;Δ—零件的公差;δ A、δ T—凹、凸模制造公差;Z—拉深模双面间隙。查表 Δ=0.62mm 查表 [5]δ A=0.09mm δ T=0.060mm 由公式(4.8.8) [2]得 =(1~1.1)t2t—板料厚度 mm。Z=2×(1~1.1)×1.5=3~3.3mm 取 Z=3.15 mm则 34.70.6234.5Tdm 0 0-6 -. 0.9.. 81A m 0-.91102.3.6 选取凸模与凹模的圆角半径因为圆角 R=3mm 属于过渡尺寸,要求不高且 R=3mm=2t 可以一次成形,为简单方便,设计生产中直接按工件尺寸作为拉深凸、凹模该处尺寸。2.3.7 主要零部件设计1.由于工件形状简单对称,所以模具的工作零件均采用整体结构,拉深凸模、落料凹模、落料凸模拉深凹模的结构如零件图所示。由落料凹模厚度: H=Kb(≥15) 式(2.9.3) [2]凹模壁厚: C=(1.5~2)H (≥30~40)式(2.9.4) [2]式中:b—凹模刃口的最大尺寸 mm;K—系数 考虑板料厚度的影响 查表 2.9.5[2] K=0.22~0.35则 H=(0.22~0.35)×75.23=(16.55~26.33)mm取 H=25mm。C=(1.5~2)×25=(37.5~50)mm根据上述计算查表 4-13 [4]选用标准凹模板 125×125×25-CrWMn JB/T 7643.1。凹模刃口 h:由书表 2.9.4[2]得 h≥6mm 取 h=6mm。2. 为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低,其长度 L 可按下式计算:=H固 凹 低+ -式中: —拉深凸模固定板的厚度 mm;固—落料凹模的厚度 mm;凹—装配后,拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度,根据板厚大小,H低决定 =3mm 。低L=28+ 5- 3= 0m
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