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固定夹的冲压成形工艺与模具设计.rar

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    编号:20181016172635949    类型:共享资源    大小:927.42KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    固定 冲压 成形 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,模具年产值在一亿以上的企业已达十多家。可以预见,我国经济的高速发展将对模具提出更为大量,更为迫切的需求,特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。同时要求模具设计、制造和生产周期达到全新的水平。我国模具制造业面临着更大的挑战。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,但与需求相比,显然供不应求,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面,中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距,因此,模具企业必须找准自己的弱点,尽快缩短与国外的差距。(1)原材料问题受售价限制,国产模具多采用 2Cr13 和 3Cr13 作精密热处理,而国外则采用专用模具材料 DINI、2316,其综合机械性能,耐磨、耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。 (2)制造工艺水平国内模具生产厂家,工艺条件参差不齐,差距很大。不少厂家由于设备不配套很多工作依赖手工完成,严重影响了精度和质量。模具设计体系国内一些生产厂家虽然也采用了计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造技术(CAM) ,但依旧停留在引进、消化和吸收阶段,难以形成具有成熟的理论指导和设计体系。因此,规范模具设计软件系统的开发是当务之急。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书2(3)调试水平模具就其本质而言属于工装,生产出合格制品才是最终目的。因此,模具的质量、性能依赖试模结果检验。国内模具厂因交货期短,试模设备局限,往往把质量检验工作放在用户处试模,易给用户造成大量的损失和浪费。而且由于修模受时间,场地限制,往往难以调试出最佳状态。而国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备,可以模拟用户的工作条件试模,所以能在最短的时限达到很好的效果。(4)配套体系我国模具生产企业习惯埋头搞生产科研,而忽视了与其他设备供应商、原料供应商合作。无形中使用户走了许多弯路。我们的模具厂必须和其他厂家及各大科研院所共同合作,为用户创造最佳的制品,创造更大的利润。(5)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,周期影响较甚。 (6)价格因素:目前一些厂商只关心价格,而忽略了模具的技术质量,对用户而言合理的质量价格比是最优选择,所以进口模具价格比国产模具高 8~10 倍,仍有其市场空间。国内一些模具厂,迫于竞争需要,盲目压价,甚至以次充好,粗制滥造,是一种不负责任的短期行为,将为国产模具的发展带来重创。当然,在确保品质的前提下,加强管理,扩大规模,降低成本无疑是努力的方向。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,模具工业已成工业发展的基础,其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,近几年,全球模具市场呈现供不应求的局面。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河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书3(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。其发展趋势是高效、精密、数控自动化。1.3 冲裁复合模及弯曲模具设计与制造方面1.3.1 冲裁复合模及弯曲模具设计的设计思路 冲孔和落料是冲压基本工序之一。它是利用冲裁模在压力机作用下,将板料沿一定轮廓线产生分离的一种加工方法。它不仅可以直接冲出成品零件,也可以为弯曲、拉深、成形等其他工序备料,还能对已成形的工件进行再加工。弯曲属于成形工序,也是冲压加工的基本工序之一。它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。与冲裁模相比弯曲模准确工艺计算较难,模具动作复杂、结构设计规律性不强。1.3.2 冲裁复合模及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 5 天;2.确定加工方案,所用时间 15 天;3.模具的设计,所用时间 30 天;4.模具的调试.所用时间 10 天。2 固定夹冲压工艺的分析2.1 制件的工艺性分析原始资料:如图所示河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书4L123图 2-1 制件图材 料: 08 钢厚 度: 1.2mm该零件是一个简单的固定夹。零件工作时受力不大,对强度、刚度和精度要求不高,零件形状简单对称,大批量生产,由冲裁和弯曲加工即可成形。2.2 制件的工艺计算和工艺方案的确定制件的工艺计算是工艺设计中的一个环节,本制件的工艺计算属于最简单的弯曲工艺的计算。2.2.1 工艺方案的分析和确定根据制件的工艺分析可知,制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,半圆形弯曲属于简单的成形工序,可一次成形。该制件上直径为 3.5㎜孔的边与弯曲中心的距离为 5.25㎜,大于 1.0t(1.2㎜) ,弯曲时不会引起孔变形,因此四个孔可以在压弯前冲出。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书5根据零件特点和工艺要求,可能有的冲压工艺方案有:方案一:冲直径为 3.5㎜的孔和落料工序复合,然后进行半圆形的弯曲。方案二:全部工序组合采用带料连续冲裁。冲压工艺方案的分析如下: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,尺寸和形状准确,表面质量高,操作比较简单方便。但是工序分散,模具数量多,生产效率低。方案二: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布置到级进模的个工位上,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较大,为保证各项技术要求选用方案一。其工序如下:落料和冲直径为 3.5㎜的孔,弯曲半径为 2㎜的半圆。落料和冲孔的复合工序可用复合冲裁模来完成,由于正装复合模的冲孔废料需要从上模引出,该制件孔较多,冲孔废料易落入下模部分,造成清理麻烦,而且制件上冲裁孔边距离较大,因此可选用倒装的复合模来完成冲裁。而弯曲工序可依靠简单的单工序弯曲模弯曲成形。由于制件的相对弯曲半径较小,卸载后弯曲圆角半径的变化很小,则不需采用压边装置。2.2.2 毛坯尺寸的计算因为圆角半径 r2和 r3大于 0.5t,则可根据柸料总长度等于弯曲件直线部分长度和弯曲圆角部分应变中性层长度之和,即 L1图 2-2 毛坯展开长度 L0:L0=2(l1+l2)+l3 (1-1)河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书6由毛坯图得: L 1=9㎜,L2=∏×(r 2+x×t)/180=3.14×180×(2+0.457×1.2) =8㎜,(根据 r/t 可得应变中性层系数 x 的值为 0.457)L3=∏×(r 3+xt)/180=3.14×90×(1+0.457×1.2)=0.8㎜, 因此 L 0=2×(9+0.8)+8=27.6㎜2.2.3 排样和裁板方案的选择柸料形状为矩形,查表可得,取搭边值 a=1.2㎜,a 1=1.5㎜,B=(D+2a)0-△ ,查表得△=0.15侧条料宽度 B=(27.6+2×1.2) 0-0.15=300-0.15㎜侧送料布距 A=25+1.5=26.5㎜板料规格选用 1.2㎜×400㎜×1800㎜采用纵排法:每板条料数 n 1=400/30=13(条),余 10㎜每条制件数 n2=(1000-1.2)/26.5=37(条) ,余 19.5㎜ 10×1000 余料利用件数 n 3=1000/30=33(条),余 10㎜每板制件数 n=n 1×n2+n3=13×37+33=514(件) 材料利用率 =514×(27.6×25-4×3.14×3.5 2)/400×100﹪=68.9﹪采用横排法:每板条料数 n 1=1000/30=33(条),余 10㎜ =河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书7每条制件数 n2=(400-1.2)/26.5=15(条) ,余 2.5㎜ 20×1000余料利用件数 n 3=400/30=13(条),余 10㎜每板制件数 n=n 1×n2+n3=33×15+13=508(件) 材料利用率 η=508×(27.6×25-4×3.14×3.5 2)/400×1000﹪=68.1﹪由此可见,纵排利用率高,但横排时弯曲线与纤维方向垂直,弯曲性能好。08 钢塑性好,为提高效率,降低成本,选用纵向单排法。柸料尺寸为 1.2㎜×30㎜×1000㎜。排样图如图 2-3 所示。 图 2-3排 样 图7.6301.252.3 冲压力的计算及冲压设备的选用2.3.1 落料与冲孔复合工序冲压力的计算由于冲裁工序选用倒装复合模,因此冲压力的计算只需计算推件力和卸料力。查表可得 b=360MPa,K 卸 =0.05,K 推 =0.05,凹模刃口高度取 8㎜,则可推出制件数n=8/1.2=6冲裁力:F=Lt b=(2×25+2×27.6+4×3.5)×1.2×360=51494.4(N)卸料力:F 卸 =K 卸 F=0.05×51494.4=2574.72(N)河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书8推件力:F 推 =nK 推 F=6×0.05×51494.4=15448.32(N)则 冲压力 F 总 =(F+F 卸 +F 推 )=51494.4+2574.72+15448.32=69517.44(N)2.3.2 弯曲工序冲压力的计算由于半圆形弯曲开始为 U 形弯曲,因此按 U 形件弯曲计算。自由弯曲力: F 自 =0.7Kbt=0.7×1.3×25×1.2×360/(2+1.2)=3685.5N因为制件相对弯曲半径较小,r/t﹤0.5,由于变形程度大,卸载后弯曲圆角半径的变化很小,可以不予考虑,而仅考虑弯曲中心角的回弹量,因此需要校正弯曲。校正弯曲力:F 较 =Ap=(6×25)×50=7500(N)校正面积 A=6×25=150(㎜ 2),单位校正力 P=50MPa为安全可靠,将自由弯曲力 F 自 和校正弯曲力 F 较 合在一起。即冲压力为 F 总 =F 自 +F 较 =3685.5+7500=11185.5(N)2.3.3 压力中心的确定由制件图分析,制件前后左右结构均对称,因此冲孔和落料复合模的压力中心 P 在制件的中心。2.3.4 落料与冲孔复合工序冲压设备的选择为使压力机能安全工作,取 P 压机 ≧(1.6~1.8)F 总则 P 压机 =1.7×69.517(KN)=118.18(KN)因此可选用 160KN 的开式压力机,其型号为 J23-16F。其主要技术参数如下:公称压力:160KN 最大封闭高度:205㎜ 滑块行程:70㎜ 封闭高度调节量:45㎜河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书9工作台尺寸:300㎜×450㎜ 垫板孔尺寸:210㎜模柄孔尺寸:φ40㎜×60㎜ 垫板厚度:40㎜2.3.5 弯曲工序冲压设备的选择为使压力机能安全工作,取 P 压机 ≧(1.6~1.8)F 总则 P 压机 =1.7×11.19(KN)=19.023(KN)因此可选用 31.5KN 的开式压力机,其型号为 J23-3.15。其主要技术参数如下:公称压力:31.5KN 最大封闭高度:120㎜ 滑块行程:25㎜ 封闭高度调节量:25㎜工作台尺寸:160㎜×250㎜ 垫板孔尺寸:110㎜模柄孔尺寸:φ25㎜×40㎜ 垫板厚度:30㎜3 模具的结构设计3.1 模具工作部分的计算3.1.1 落料冲孔复合模的尺寸计算因为零件图中的尺寸公差为未注公差,在处理这类零件公差的等级时均按 IT14 级要求。由于制件结构简单,精度要求不高,所以采用凸、凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其中凸、凹模尺寸计算如下:查表可得,凸、凹模制造公差: £ 凸 =0.02㎜,£ 凹 =0.02㎜校核:查表可知 Zmax=0.126,Z min =0.180,Z max-Zmin=0.066㎜,而£ 凸 +£ 凹 =0.04,满足 Zmax-Zmin≧£ 凸 +£ 凹 的条件河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书10查表可得,IT17 级时磨损系数 x=0.5。按公式可得: d 凸 =(d min+x△) 0-£凸=(3.5+0.5×0.3) 0-0.02㎜=3.65 0-0.02㎜d 凹 =(d 凸 +Zmin) 0+£凹=(3.65+0.126) 0+0.02㎜=3.776 0+0.02㎜所以冲孔凸凹模的尺寸为:d 凸 =3.650-0.02㎜,d 凹 =3.7760+0.02㎜,L=17±0.12㎜。由于制件结构简单,精度要求不高,所以采用凸、凹模分开加工的方法制作凸、凹模。因为零件图中的尺寸公差为未注公差,在处理这类零件公差的等级时均按 IT14级要求,查相关文献可得外形尺寸的极限偏差为:25 0-0.52㎜,27.6 0-0.52㎜。凸、凹模尺寸计算如下:查表可得,凸、凹模制造公差: £ 凸 =0.02㎜,£ 凹 =0.025㎜校核:查表可知 Zmax=0.126,Z min =0.180,Z max-Zmin=0.066㎜,而£ 凸 +£ 凹 =0.045,满足 Zmax-Zmin≧£ 凸 +£ 凹 的条件按公式 D 凹 =(D max-x△) 0+£凹 ,D 凸 =(D 凹 -Zmin) 0-£凸零件尺寸为 25㎜处凸、凹模的尺寸: D 凹 1=(25-0.5×0.52) 0+0.025㎜=24.74 0+0.025㎜D 凸 1=(24.74-0.126) 0-0.02㎜=24.514 0-0.02㎜零件尺寸为 27.6㎜处凸、凹模的尺寸:D 凹 2=(27.6-0.5×0.52) 0+0.025㎜=27.34 0+0.025㎜D 凸 2=(27.34-0.126) 0-0.02㎜=27.114 0-0.02㎜所以落料凸模和凹模的尺寸为:D 凹 1=24.740+0.025㎜, D 凸 1=24.5140-0.02㎜D 凹 2=27.340+0.025㎜, D 凸 2=27.1140-0.02㎜
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