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气瓶冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172636102    类型:共享资源    大小:998.91KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    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、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。 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书2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; 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。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书31.2 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 深圆筒拉深件模具设计与制造方面1.3.1 深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,解决拉深变形中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。圆筒件是最典型的拉深件,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河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书4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。1.3.2 深圆筒拉深模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状,所用时间 20 天;2.确定加工方案,所用时间 5 天;3.模具的设计,所用时间 30 天;4.模具的调试,所用时间 5 天.1.4 缩口工件模具设计与制造方面缩口是冲压基本工序之一,它是利用缩口模在压力机作用下,将管坯或预先拉深好的圆通形件的口部直径缩小的成形方法。缩口工艺在国防工业和民用工业中有广泛应用。如枪炮的弹壳,钢气瓶等。2 汽瓶落料拉深复合模的设计工件名称:汽瓶生产批量:中批量材料:08 钢厚度:1㎜河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书5工件图:如图一所示图 1 气瓶2.1 工件工艺分析该工件为带底筒形工件,可采用拉深工序制称筒形件,再进行缩口成形。缩口时下部不变。此工件需要两副模具—①落料拉深复合模。②缩口模。该制件为有底缩口件,因此采用外支撑缩口模具。2.2 工艺方案确定2.2.1 计算缩口因数 由图可知,d=29㎜,D=38㎜.缩口因数计算如下:m=d/D=29/38=0.76 采用外支撑模具 查表 5-12[1 得许用缩口因数为 0.6,则该工件可以一次缩口成形。2.2.2 计算缩口前毛胚高度 H河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书6由图 1 可知,h 1 =0.59㎜ 按式(5-40)[] 计算毛胚高度H=1.05[h1 +(D2-d2 )/8Dsina*(1+√D/d)]=74.98mm取 H=75.0mm,缩口前毛坯如图 2-1 所示图 2-1 缩口前毛坯2.2.3 确定拉深次数此工件为无凸缘圆筒形工件,要求外形尺寸,没有厚度不变的要求。此工件的形状满足拉深的工艺要求,可采用拉深工序加工。工件底部圆角半径 r=3mm,外形尺寸为 40mm,由于没有公差等级标注,所以可以按未标公差等级处理。 40mm 的公差等级为 IT14 级,满足拉深工序对工件公差等级的要求。工件的总体高度到最后可由修边达到要求。08 钢的拉深工艺性较好。总之该工件的拉深性较好,需要进行以下计算来判断拉深次数。1. 计算毛坯尺寸根据零件尺寸,其相对高度为:H/D=(75-0.5)/ (40-1)=74.5/39=1.947.查表4.3.1 得切边量 Δh=5mm,根据表面积相等原则,用解析法求该零件的毛坯直径 D。可按下面的公式计算: 2 22241.70.5DdHrdr公式见[2]。该件毛坯直径:河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书7D=√(39 2+40*(74.5+5)-1.72*39*3-0.56*3*3=117.02mm式中:D——坯料直径;d、H、r——拉深件直径、高度、圆角半径;2. 确定拉深次数坯料相对厚度为 t/D=1/117.02=0.85% 工件拉深因数 m总=d/D=39/117.02=0.33 按表 4.4.4 知需要用压料装置。首次拉深时一般采用平面弹性压边装置。再次拉深时,采用筒形压边圈。一般来说再次拉深所需要的压边力较小,而提供压边力的弹性力却随着行程而增加,所以要用限位装置。首次拉深 再次拉深图 2-2 压边圈各次拉深采用形式首次拉深采用弹性压边圈,根据t/D=0.85%查表 4.4.2 得各次极限拉深系数m1=0.65、m 2=0.75、m3=0.78 m4=0.84 ……………m总〈m1,所以此工件需要多次拉深。故 d1= m1* D=0.65*117.02=76.1 mm,d2=m 2*d1=0.75*76.1=57.05 mm,d3=m 3*d2=0.78*57.05=44.5 mm,d4=m 4*d3=0.84*44.5=37.37 mm,d4〈39mm所以应该用 4 次拉深工序根据以上计算,最后确定工艺方案为:先落料,再进行拉深,通过落料拉深复合模河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书8落出圆形毛坯再通过四次拉深完成圆筒形拉深件,最后通过缩口模进行缩口成形。2.3 进行必要的计算2.3.1 各次拉深工序件尺寸的确定经调整后各次拉深系数为m1=0.67,m2=0.77 ,m3=0.8 ,m4=0.85。各次工序件直径为:d1=m 1×D=0.67×117.02=78.4mm,d2=m 2×d1=0.77×78.4=58.08mm,d3=m 3×d2=0.8×58.08=45.88mm,d4=m 4×d3=0.85×45.88=39mm各次工序件圆角半径取以下数值:由表 4-13 查得 RA1 =5√(D-d)×t=6.2mm,故R1 = RA1 –t/2=5.7mm,R 2 = 0.8 R1 =4.56mm,R 3 =0.8 R2 =3.7mm,R 4 =3mm。各工序件高度为:h1=0.25×(D 2 /d1-d1) +0.43×R1 /d1(d1+0.32×R 1 )=0.25×(117.02 2 /78.4-78.4)+0.43×5.7 /78.4(78.4+0.32×5.7)=26.3mm,h2=0.25×(D 2 /d2- d2) +0.43×R2 /d2(d2+0.32×R 2 )= 0.25×(117.02 2 /58.08-58.08)+0.43×4.56 /58.08(58.08+0.32×4.56 )=46.2mm,h3=0.25×(D 2 /d3- d3) +0.43×R3 /d3(d3+0.32×R 3 )=0.25×(117.02 2 /45.88-45.88)+0.43×3.7 /45.88(45.88+0.32×3.7 )=65.04mm,h4=h+Δh=80mm。 计算拉深工序件的高度是为了设计再拉深模时确定压边圈的高度, 再拉深模压边圈的高度应大于前道工序件的高度。因此拉深工序件高度的计算不必很精确, 可取较大的整数值。当末次拉深的凸模圆角半径 大于拉深件底角1pr半径 时, 将出现所计算的末次拉深高度 大于拉深件的高度 。这是正常的, rnH通过整形,减小 值,高度将减小至拉深p 件高度 (包括修边余量)河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书9以上所得尺寸都是中径尺寸,换算成外径和总高度后绘制工序件 3-3 所图 2-3 拉深草图2.3.2 压边力和拉深力压边圈产生的压边力 F 压 大小应适当,F 压 太小,防皱效果不好; F 压 太大,则会增大传力区危险断面上的拉应力,从而引起材料严重变薄甚至拉裂。因此,实际应用中,在保证变形区不起皱的前提下,尽量选小的压边力。由式 4.4.6[3]得圆筒形件首次拉深压边力:FY1=2 22 213.147.08.457.1454ADdrPKn以后各次拉深压边力:FY2=2 22 213.1478.5.04.6.574drPKnFY4=2 22 2343.145.839.5017dr nFY3= 2 22 233.48.5.4.3.5084drPKn河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书10首次拉深力: 113.478.130.726.bFdtKKn以后各次拉深力: 22.5.4.85.bt331483096FdKKn42.9.7.bt落料力: 3.14.0243158LbbtDt n卸料力: 0.587.9FKKn卸 卸 落式中: D——坯料直径; P——单位面积压料力,其值由表得为 2.5MPA; d1……dn——各次拉深后工序件的直径; σb—被拉深材料的抗拉强度(MPa); K1,K2——修正系数查表 4.4.6 得K1=0.72,K2=0.85,0.8,0.7;L——周边长度; K 卸 ——查表为 0.052.3.3 工序压力,初选压力机按式 4-37[2]各压力机的公称压力为:F 压 1≧1.9(F Y1 +F1+ FL+F 卸 )=1.9×(14.5+76.22+158+7.9)=487.60 KN,计算工序总压力:F 总> 487.60KN压力机的主要参数如下表表一 所选择压力机的相关参数
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