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滚动轴弯曲模设计.rar

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    滚动 弯曲 设计
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    第 0 页 共 33 页第 1 章 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。模具作为提高生产率,减少材料和消耗,降低产品成本,提高产品质量和市场占有率的重要手段,已越来越受到各行业部门的重视。目前世界上模具工业的年产值约680 亿美元。我国 2004 年模具产值为 530 亿元,模具出口 4.91 亿美元,同时还进口18.31 亿美元。中国已经成为世界上净出口模具最多的国家。但大型多工位级进模具,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%左右的速度发展,模具工业企业的所有制也发生了巨大变化,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的发展。到目前为止,中国约有模具生产厂家 2 万家,从业人员有 50 多万人,全年模具产值高达450 亿元以上。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州和长江三角地区,其模具产值占全国的三分之二以上。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型工艺、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相比还有相当大的差距,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相比差距还很大。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、更新换代速度快等特点,冲压模具正向高效、精密、长寿名、大型化方向发展。为适应市场的变化,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。近年来许多模具企业加大了用于技术进第 1 页 共 33 页步的投资力度,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 等国际通用软件。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了很大进步,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。未来冲压模具的发展方向: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的如下几项:(1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术模具 CAD/CAM/CAE 技术条件已基本成熟,各企业加大 CAD/CAE/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/CAE/CAM 技术跨地区、跨行业、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,并获得了极高的表面光洁度。另外,还可以加工高硬度模块,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性,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。大大的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机床及加工中心,实现快速采集,自动生成各种不同数控系统的加工程序,不同格式 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。(4)电火花铣削加工电火花铣削加工技术也称为电火花创成技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是用高速旋转的简单的管状电极做三维或二维轮廓加工,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的应用,预计这一技术将得到快速的发展。第 2 页 共 33 页(5)提高模具的标准化程度我国的模具标准化程度在不断提高,估计目前我国模具的标准件使用的覆盖率达到 30%左右,而国外的达到了 80%左右。(6)优质材料及先进的表面处理技术选用优质的钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分必要。模具热处理和表面的处理的发展方向是真空热处理。模具表面处理应完善并发展先进的气相沉积技术、等离子喷涂技术等。(7)模具研磨抛光将智能化、自动化模具表面的质量对模具的使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,抛光研磨智能化、自动化替代现有的手工操作,以提高模具的表面质量。(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;并配有随行的定位夹具,有完整的机具、刀具数据库;完整的数控柔性同步系统;质量监测系统。作为一名未来的模具设计者,这次冷冲模具的设计,就是我进行真实模具前的一次演练,是我自己对三年大学生活所学知识的一次综合应用,使我将三年所学知识连贯起来,在老师的指导下,进一步认识到自己的不足,近而加以巩固。这次设计使我对冲压模具有了更深刻的认识,认识到了冲压模具的重要性,让我对自己将要从事的工作充满了信心。我以后一定会尽自己最大的努力,在模具制造和设计行业作出自己的贡献,为我国的模具事业的发展贡献自己的力量。第 2 章 零件工艺性分析零件简图:如图 2-1 所示;零件名称:闭角 U 形弯曲件;材料:Q235;第 3 页 共 33 页材料厚度:1mm;大批量生产图 2-1 闭角弯曲件2.1 零件结构工艺性分析此零件为一个简单的小于 90°的 U 形件,也称其为闭角弯曲件,其弯曲圆角半径r 为 0.6mm,材料选择普通碳素钢 Q235,板厚为 1mm。其工艺性主要包括弯曲件的精度、圆角半径、板料的纤维方向与弯曲线夹角、弯曲的直边高度、其他工艺性等。2.1.1 弯曲精度弯曲件为薄板,短边,取弯曲精度 IT14 级。弯曲件的精度,由于零件图上对这方面都没有确定,这样的制件可以设精度为 IT14 级,这样精度一般的制造精度都可以满足要求。其弯曲件长度的自由公差为±0.3;弯曲件的角度的自由公差为 。03262.1.2 弯曲圆角半径根据材料和板厚查的此工件允许的最小圆角半径 其值小于圆角半径mr48.0in0.6mm,避免了板料外层断裂致使工件报废。第 4 页 共 33 页2.1.3 板料的纤维方向与弯曲线夹角Q235 钢属于轧制板材,在弯曲时各方向的性能是有差别的,纤维的方向就是轧制的方向,所以弯曲线最好与纤维线垂直,弯曲时不易开裂,此制件符合此工艺性要求。2.1.4 弯曲的直边高度一般弯曲件为了避免稳定性不好,要求直立部分高度 H>2.5t,很显然此零件符合工艺性要求。2.1.5 其他工艺性要求此弯曲件的形状和尺寸对称,零件的圆角 ,保证了尺寸精度,并且在制件中21r间设置了定位工艺孔,这样可以防止弯曲时毛坯偏移造成质量不稳定,确保了工艺性要求。2.2 零件冲压工艺性分析从制件图上可以看出,必须先通过落料冲工艺孔,然后再进行弯曲,需要两套模具,很明显弯曲决定了零件的总体形状和尺寸,所以在此主要对弯曲工艺进行分析。此弯曲件是小于 90°的 U 形件,且材料厚度比较小,所以不能采用一般的 U 形弯曲模,可以采用滚轴式的凹模,使制件一次成形,能够保证工件质量,还能减小回弹。第 3 章 弯曲回弹的影响弯曲过程中的回弹现象是一个影响弯曲件精度的重要问题,所以在这里单独来分析其影响。影响弯曲回弹的因素比较多,包括材料的力学性能、相对弯曲半径、弯曲中心角的大小、弯曲方式及弯曲模、工件的形状等。它主要有曲率减小,弯曲中心角两种表现形式,但当相对弯曲半径小于 5 时,卸载后弯曲件圆角半径变化很小,可以不予考虑,而仅考虑弯曲中心角的回弹变化。此模具就属于本类型。在实际生产中,由于材料的力学性能和厚度的波动等,要完全消除弯曲件的回弹是第 5 页 共 33 页不可能的,但可以采取一些措施来减小或补偿回弹所产生的误差,以提高弯曲件的精度。在此设计弯曲模时应该多加注意,由于此材料较软(Q235),其回弹角小于 5º,在模具上作出补偿并采用较小的凸,凹模间隙。加之一套克服回弹的有效方法,滚轴式凹模,凸模侧壁给以补偿回弹角。这在以下的设计中会具体体现。第 4 章 工艺方案的确定根据制件工艺性分析,其冲压零件需要的基本工序有落料冲孔,一次弯曲,其中弯曲决定了零件的总体形状和尺寸,因此选择合理的弯曲方法十分重要。方案一:先用一般 U 形弯曲模完成两直角平行的 U 形工序件,再用斜面凹模缩小上口间距,弯成闭角形件。 , 方案二:采用一次成型的滚动轴式弯曲模,在凹模侧壁安装可转动的转轴,凹模镶件随着凸模的下行,板料先被弯成两平行的 U 形过渡件,当工件底部接触到转轴凹模后,转轴凹模就会转动,成形弯曲件。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,并且保证不了精度。方案二只需要一副模具就可以完成。提高了生产效率,也保证了精度。尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。综合以上分析,采用第二种方案进行弯曲最好。第 5 章 主要工艺参数计算此弯曲模设计的工艺参数计算主要包括制件毛坯尺寸计算,弯曲力的计算及弯曲模工作部分尺寸设计的计算。5.1 毛坯尺寸计算弯曲中性层位置的计算第 6 页 共 33 页板料弯曲时应变中性层的长度始终是不变化的,故可根据弯曲后应变中性层的长度来确定弯曲件的毛坯长度。实际应用中,通常采用以下经验公式确定弯曲毛坯中性层的长度:ρ= r + xt式中 r---零件的弯曲内侧半径t---材料厚度x---中性层位移系数,查表(手册) 。由 ,查手册得 x=0.26/0.6/1.rt代入公式计算得 0.62*18一般将圆角半径较大时(r>0.5t)的弯曲称为有圆角半径的弯曲。此时,不考虑中性层的变化,其展开长度等于弯曲件直线部分的长度和圆弧部分的长度之和。其计算要点为:将工件直边长度 L 直累加得 ΣL 直 将工件弯曲变形部分分别以中性层方法计算并累加。 毛坯展开尺寸等于直线部分长度和弯曲部分的总和。 弯弯弯 LL此弯曲件属于圆角半径 r>0.5t 的弯曲件,变薄不严重,按中性层展开的原理,坯料总长度等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和 12()80ZLlrxt式中 ——坯料展开总长度;Z第 7 页 共 33 页a——弯曲开口角。代入公式计算得 3.14*202*70.6(3206).6*18ZL=45.4mm因为有少许偏移,取值为 46mm,宽度尺寸为 10mm,故毛坯尺寸为 。4610m5.2 弯曲件回弹值的计算大变形程度(r/t<5)时的回弹值大变形程度,圆角半径回弹小,不必计算,计算凸模角度。(1)因为 a=60a.查表得到△a 90的值b.计算回弹角。 90c.计算凸模中心角。=58.7°t式中r—弯曲件的圆角半径,mm;t—弯曲件材料的厚度,mm;at—凸模的圆角部分的中心角,(°)a—弯曲件的中心角,(°);一弯曲件的弯角,(°)(2)校正弯曲时的回弹值第 8 页 共 33 页a. 查表得到△a 90的值b.计算回弹角 90c. 将回弹角进行修正 =0.16*1.3°=0.2°jKd.计算凸模中心角 =59.8°tj式中 ——校正弯曲时的回弹角;jK——修正系数,查表得 0.16。(4) 工件回弹问题的解决 当工件精度要求不高或校正弯曲时,生产中常采取调整凸凹模间隙的方法解决工件回弹问题。设计弯曲模结构时,把凹模做成可调式。5.3 弯曲力的计算弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的依据。弯曲力的理论计算可以从塑性弯矩和外力弯矩相等的条件求得。但由于弯曲力受材料性能,零件形状,弯曲方法,模具结构等多种因素的影响,用理论公式来计算不但计算复杂,并且也不一定准确。因此在生产中经常采用经验公式计算,作为设计工艺过程和选择设备的依据。 5.3.1 自由弯曲时的弯曲力 20.7bKBtFr自式中:F——自由弯曲在冲行程结束时的弯曲力;B——弯曲件的宽度; T——弯曲材料的厚度;R——弯曲件的内弯曲半径;——材料的抗拉强度 450MPa;b第 9 页 共 33 页K——安全系数,一般取 K=1.3。代入公式计算得 20.7*130*45.62594FN自5.3.2 校正弯曲时的弯曲力校正弯曲时,校正力比压弯力大得多,而且两个力先后作用。因此,若采用校正弯曲时,一般只计算校正力,V 形件和 U 形件均按下式计算:F 校 =Ap式中 F 校 ――校正弯曲时的弯曲力A――校正部分垂直投形面积p――单位面积上的校正力。由制件可知校正为内角弯曲半径部分,其投影面积为 ,单位232*10Am面积上的校正力查表取 110MPa。代入公式计算得 320*15.KFN校5.3.3 压弯时的顶件力和卸料力对于设有顶件装置的弯曲模,顶件力值 可按自由弯曲力的 30~80%选取,即DF0.3~8DF自取值为 0.7,代入得 0.7*259.416DFN5.3.4 弯曲时压力机吨位的确定自由弯曲时,压力机吨位 F 机为
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