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固定套冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172635241    类型:共享资源    大小:2.30MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    固定 冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪论1.1 国内模具的现状和发展趋势目前,我国冲压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等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、加工精度、生产周期等方面与发达国家的模具相比差距相当大。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低;CAD/CAE/CAM技术的普及率不高;许多先进的模具技术应用不够广泛等等,致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,冲压加工作为现代工业领域内重要的生产手段之一,更加体现出其特有的优越性。在现代工业生产中,由于市场竞争日益激烈,产品性能和质量要求越来越高,更新换代的速度越来越快,冲压产品正朝着复杂化,多样化高、性能、高质量方向发展,模具也正朝着复杂化,高效率、高精度、长寿命方向发展。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以计算机辅助设计(CAD) ,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(CAD/CAM)技术转变。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。 2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%。2 制件的工艺性分析图 1 制件图工件名称: 形弯板工件简图: 如图 1 所示生产批量:中批量材 料:08 钢材料厚度:1.5mm2.1 制件的总体分析形件弯板制件形状简单,所用材料为 08 钢,但需要多道工序才能完成,圆孔分布比较均匀、对称,对精度要求较高,材料的利用率高。 从制件图上可以看出,必须先通过落料和冲 Ф10mm 的大孔,然后再进行弯曲,3最后冲出 4 个 Φ5mm 的小孔,很明显弯曲决定了零件的总体形状和尺寸,所以在此先主要对弯曲工艺进行分析。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。制件的材料为 08 钢。具有足够的塑性,屈强比小,回弹小,有利于弯曲成形和工具质量的提高 。2.2 零件结构工艺性分析此零件为一个简单的 90° 形件,其弯曲圆角半径 r 为 3mm,材料选择 08 钢,板厚为 1.5mm。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。2.2.1 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 ,trh2h=7.5, r=1.5,t=1.5 ,7.5>1.5+2×1.5,很显然此零件符合工艺性要求。2.2.2 孔边距弯曲有孔的工序件时,如果孔位于弯曲变形区内,则弯曲时孔要发生变形,为此必须使孔处于变形区之外,一般孔边至弯曲半径 r 中心的距离按料厚确定:当 t<2mm 时, L≥t ;t≥2mm 时,L ≥2tmm。如果孔边至弯曲半径 r 中心的距离过小时,为防止弯曲时孔变形,应弯曲后再冲孔。由于 Φ5mm 的小孔在弯曲时容易变形,为防止弯曲时孔变形,应弯曲后再冲孔才能完全符合要求。2.2.3 最小弯曲半径根据所用材料,查书 3.2.5 最小弯曲半径所知:影响最小弯曲半径的因素有( 1)1材料的力学性能;(2)材料表面和侧面的质量;(3)弯曲线方向;(4)弯曲中心角;2 最小弯曲半径 rmin 的数值查表 3.2.2 可知最小弯曲半径为 0.4t、0.8t 所以该弯曲1件符合要求.从制件图上可以看出,必须先通过落料工艺孔,然后再进行弯曲,最后冲小孔需要三套模具,很明显弯曲决定了零件的总体形状和尺寸,所以在此首先对弯曲工艺进行分析。该制件为冲孔落料弯曲件,圆角半径 R=2,材料的料厚为 t=1.5,R >0.5t。这4种弯曲件由于变形不严重,所以按中性层展开的原理,弯曲前制件的总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和。2.3 工艺方案的确定该零件包括:冲孔、落料,弯曲和冲小孔四个基本工序,可有以下三种工艺方案供选择:方案一:先落料后冲孔再弯曲最后冲小孔,采用四套单工序模生产。方案二:冲孔-落料复合冲压,再弯曲,最后冲小孔,采用一副复合模,一副弯曲模和一副冲孔模生产。方案三:冲孔-落料- 弯曲- 冲小孔连续冲压,采用级进模生产。对各种方案的分析:方案一、模具结构简单,但需要四道工序,四副模具,生产效率低,难以满足该零件的年产量要求。方案二、只需三副模具,冲压件的几何形位精度和尺寸精度容易保证,且生产率也高,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。方案三、只需要一副模具,生产率也很高,但零件的冲压精度稍差,模具制造困难,需要在模具上设置导正销导正,故模具制造安装较复合模复杂。通过以上三种方案的分析比较,并根据设计要求确定该工件的冲压生产采用方案二为最佳。3 冲孔落料复合模设计3.1 冲裁制件的外形分析3.1.1 冲裁件的外形转角冲裁件的外形无尖锐角,均圆弧过渡 4 个 R2,查表 2.7.1 可此圆角过度有利于模1具加工,不会引起热处理开裂和冲裁时尖 角处的崩刃和过快磨损的现象。53.1.2 冲裁件的孔边距与孔间距为避免工件变形和保证模具强度,孔边距和孔间距不能过小,其最小许可值当取:C≥1~ 1.5t 根据已知工件的尺寸可得:C 1=10,C 2=1.5, t=1.5,所以工件的尺寸符合上述要求。冲孔时因受凸模强度限制孔的尺寸不应太小,否则凸模易折断或压弯,查表 2.7.3 而知工件上孔的直径应当大于或等于 0.35 倍的料厚,即 d≥0.35t,由任务书零件图易于看出工件尺寸基本符合要求。3.2 冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 根据弯曲制件图可知:查比表 3.4.2 得 1图 2 落料冲孔制件坯料尺寸的计算 tLLZ321=25+2×7.5+2×27+1.5 =95.5mm 式中: ——坯料展开总长度z因为有少许偏移以及修整余量,取 为 96 mm,所以,该制件在经过冲孔落料之zL后和未弯曲前的外形尺寸为:96mm×30mm,冲裁件上的未注公差等级定为 IT14 级,查表确定工件尺寸如下:6图 3 落料冲孔制件简图冲裁件的断面粗糙度值与材料塑性、厚度,冲裁间隙,刃口锐钝及冲模结构相关,工件厚度为 1.5mm,其断面粗糙度值为 12.5μm。3.3 主要工艺参数计算3.3.1 排样的设计与计算根据工件的形状选择有废料排样,且为直排的形式,虽然材料的利用率低于少废料和无废料排样,但工件的精度高,且易于保证工件外形的的圆角。图 4 有废料排样简图3.3.2 确定搭边与搭肩值搭边和搭肩值一般是由经验确定的查表 2.5.2 而取最小搭边值为 =1.8mm,最小11a搭肩值为 a=2mm。 分析制件形状,根据(4)排样草图:条料从前方送进。这样冲孔凸模的冲压力比较均匀。制件形状精度容易保证。3.3.3 计算送料步距和条料的宽度 按如上排样方式,并根据工件的尺寸确定送料步距为搭肩值与工件宽度之和。即:S=30+1.8=31.8mm查表 2.5.4 而知条料宽度单向偏差值为 0.15mm,由公式计算如下:C 由表 2.5.5171B =(D +2a +c)0.15max10.5=(100+2×1.8+1 ) .1=104.6 mm0.15所以确定条料的宽度 B 为:104.6 mm0.导料板间距离A=B+C=104.6+1(无侧压装置)=105.63.3.4 计算材料的利用率一个步距内的材料的利用率η= ×100%sAB= 2803.1425.10%8=88%所以在不考虑料头、料尾和边余料等材料消耗的情况下材料的利用率为 88%,而在考虑以上因素计算一张板料总的利用率时则需要根据板的长宽尺寸而定,在此省略不述。3.4 冲压力的计算3.4.1 冲裁力的计算冲裁力的大小随凸模进入材料的深度(凸模行程)而变化,本模具采用普通平刃口模具冲裁,其冲裁力 F 按下式计算:bKLt式中:F—— 冲裁力;L——冲裁周边长度;t——材料厚度——材料抗剪强度;b8K——系数。系数 K 是考虑到实际生产中,模具间隙的波动和不均匀、刃口磨损、板料的力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。取 K=1.3。 为计算方便,也可以按下式计算冲裁力:bLtF式中:F—— 冲裁力;L——冲裁周边长度;t——材料厚度;——材料抗拉强度。b其中:材料厚度 t 为 1.5mm, 为 325MPa ,冲裁周边长度:b,mL4.315.2冲 孔 56.28269落 料 KN3071..431F冲 孔 .8落 料3.4.2 卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力是将废料或工件从凸凹模上刮下的力。而推件力是将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力。顶件力逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需的力。卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的,所以在选择设备公称压力或设计冲裁的时候应分别予以考虑,影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能、厚度、模具间隙、凹模洞口结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。现在按照下面的经验公式计算:查表 2.6.1 而卸料力、推件力和顶件力系数分别为:104.XK05.T06.DK则:卸料力: NFl 841732落 料推件力: T ...冲 孔顶件力: D06落 料 KK9.05..冲 孔3.5 压力中心的确定及相关计算9模具的压力中心就是冲压力合力的作用点。为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心和压力机滑块的中心线相重合。否则冲压时滑块会承受偏心载荷,导致滑块的滑轨和模具的导向部分不正常磨损,还会使合理间隙得不到保证,从而影响制件的质量降低模具寿命甚至损坏模具。而本模具所冲裁的制件形状对称,分析工件外形尺寸易知其压力中心就在冲压件中心处。即: , 。0Xm0Y3.6 工作部分的尺寸计算3.6.1 计算凸模、凹模、凸凹模工作部分的尺寸(冲孔)并确定其公差该零件在弯曲前属于无特殊要求的一般冲孔落料件,外形尺寸由落料 获得,而中间的小孔尺寸则是由冲孔得到。查表 2.3.3 而知: Zmin = 0.132,Z max = 0.2401Zmax –Zmin = 0.108mm因为模具的精度等级为 IT14 级 取△X = 0.75设凸、凹模分别按 IT9、 IT12 查表 2.2.2 级精度制造,分别计算凸模和凹模尺寸,1如下:3.6.2 冲 ø10mm 小孔凸模尺寸计算11 0minTTxd43.6.75043.ATAZmin065.12..065校核:|δ T|+|δA|≤Zmax-Zmin0.043+0.065≤0.108 满足公差间隙条件3.6.3 落料凹模尺寸计算10ATxD0ma65.37.96504ATxma065.37.065.74293.7 模具总体设计3.7.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知,采用正装复合冲压,所以模具类型为正装复合模。图 5 正装复合模3.7.2 定位方式的选择
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