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上端盖冲压成形工艺与模具设计.rar

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    编号:20181016172636677    类型:共享资源    大小:661.70KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    上端 冲压 成形 工艺 模具设计
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    0绪 论模具是一种特殊的模型,用来塑造(制造)产品;从工艺的角度,模具是一种成型制品的特殊工艺装备。模具是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,60%—80%的零部件都依靠模具成形,模具质量的高低决定着产品质量的高低,因此,模具被称之为“百业之母” 。模具又是“效益放大器” ,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。 目前,我国冲压技术与工业发达国家相比还比较的落后,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 国内模具的现状和发展趋势我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国发经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竟争激烈。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。 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1CAD/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。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。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科,是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展,模具产品的技术含量不断提高,模具制造周期不断缩短,模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展,模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。我国模具行业今后仍需提高的共性技术有:(1)建立在 CAD/CAE 平台上的先进模具设计技术,提高模具设计的现代化、信息化、2智能化、标准化水平。(2)建立在 CAM/CAPP 基础上的先进模具加工技术与先进制造技术相结合,提高模具加工的自动化水平与生产效率。(3)模具生产企业的信息化管理技术。例如 PDM(产品数据管理) 、ERP(企业资源管理) 、MIS(模具制造管理信息系统)及 INTERMET 平台等信息网络技术的应用、推广及发展。(4)高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造技术、精密塑料和压铸模具制造技术等。 (5)提高模具生产效率、降低成本和缩短模具生产周期的各种快速经济模具制造技术。(6)先进制造技术的应用。例如热流道技术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术在模具研究、开发、加工过程中的应用。(7)原材料在模具中成形的仿真技术。(8)先进的模具加工和专有设备的研究与开发。(9)模具及模具标准件、重要辅件的标准化技术。(10)模具及其制品的检测技术。(11)优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用。(12)模具生产企业的现代化管理技术。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。 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%。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展,各行各业对模具的需求量越来越3大,技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多,但其发展重点应该是既能满足大量需要,又有较高技术含量,特别是目前国内尚不能自给,需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此,一些重要的模具标准件也必须重点发展,而且其发展速度应快于模具的发展速度,这样才能不断提高我国模具标准化水平,从而提高模具质量,缩短模具生产周期,降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势,因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品,而且所选产品必须目前已有一定技术基础,属于有条件、有可能发展起来的产品。3 落料、弯曲、拉伸模具设计与制造方面拉伸是冲压基本工序之一,它是利用模具在压力机作用下,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,拉伸件的尺寸精度应在 IT13 级以下,不宜高于 IT11 级。只有加强拉伸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,解决拉深变形中出现的各种实际问题,从而,进一步提高制件质量。该工件中有 U 形拉深部分,U 形拉深是最典型的拉深件,其工作过程很简单就是一个拉深,根据计算确定它可以一次拉深成功.根据计算的结果和选用的标准模架,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。41 零件冲压工艺分析1.1 制件图及要求名称:上端盖材料:20 钢厚度:1.2mm1.2 零件工艺分析 图 1 工件图该零件需要采用落料、弯曲和拉伸三道工序即可完成,材料为 20 钢,20 钢具有良好的冲压性能,适合冲裁。工件相对简单,尺寸均匀对称。由《冲压模具设计与制造》查得 20 钢的抗剪强度为 275~392MPa,抗拉强度为 355~500MPa 以后简《冲模》 。工件未注公差可视为自由公差,取 IT14 等级精度,由《冲压模具简明设计手册》表 2.4.8查得凸凹模最小壁厚 a=4.9mm, 以后简称《设计手册》 。1.3 冲压工艺方案选择该工件由落料、弯曲和拉伸三个基本工序,可以采用以下三个工艺方案:第一种:用简单模分三次加工,即落料——-弯曲——拉伸。用简单模生产第二种:落料、弯曲、拉伸复合模。用复合模生产第三种:落料、弯曲、拉伸级进模。用级进模生产方案一,模具结构简单,但需要三道工序两副模具,生产效率低,难以满足该零件的年产量的要求。方案二只需一副模具,冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证,且生产效率高,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。方案三也只需要一副模具,生产效率也很高,但零件的冲压精度稍差,欲保证冲压件的形位精度,需要在模具上设置导正销,故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案二为佳,故采用复合模进行冲压生产。1.4 工艺计算1.4.1 排样方案的确定及其毛坯尺寸的计算该冲件为几何形状简单的圆形冲件,故采用有废料的直排方式,可以有效减少废料。根据制件图尺寸可知所需毛坯直径为 98mm5下面对工件的搭边值进行确定,各部分尺寸的确定由《冲压工艺和模具设计》表 2.9查得,最小的搭边值工件间 a=1.0mm 侧面 a1=1.2mm,又因为制件是落料、弯曲和拉伸同时进行,所以由零件图的尺寸可知坯料的尺寸要稍大于 98mm,其排样图如图 2 所示:图 2 排样图由零件图和排样图可以计算条料的宽度 B=98+2×1.2=100.4mm。一个步距的长度为S=98+1.2=99.2mm,可以计算出一个步距的条料的利用率为 76%。可得下表:表 1 设计排样计算表项 目 公 式 结 果 备 注6冲裁件的面积 A A=3.14×492 7539.14 由表 2.5.2 查得最小搭边值条料宽度 B B=98+2×1.2 100.4 a=1.0 a1=1.2步距 S S=98+1.2 99.2一个步距材料利用率nn=A/BS×100% 76%1.4.2 冲压力的计算该模具采用正装复合模,选择弹性卸料,上出件弹性打料杆顶出工件,冲压力的计算如下:由《冲压工艺与模具设计》得冲裁力:F=KLtτ b公式中: F——冲裁力L——冲裁周边长度,L=3.14×90=282.6mmT——材料厚度 t=1.2mmτ b——材料抗剪强度 取 392MPaK——系数系数 K 是考虑到实际生产,模具间隙值是波动和不均匀、刃口的磨损,板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数,一般取 K=1.3根据以上数据计算可得:F=1.3×282.6×1.2×392=172815.6N下面对卸料力进行计算:卸料力 Fx=KxF推件力 FT=KTF公式中:F——冲裁力为 172815.6N7Kx——卸料力系数 由《冲压工艺与模具设计》表 2.7 查得 Kx=0.05KT——为推件力系数 由表 2.6.1 查得 KT=0.05所以 Fx=0.05×172815.6=8640.78NFT=0.05×172815.6=8640.78N又制件有拉深部分,则拉深力的计算为:由《设计手册》P149 表 4.44 查得旋转形非变薄拉深力:P=3.14dtτ b (D/d-C)该公式可简化为:P=A6b公式中: A——拉深件的截面面积τ b——抗拉强度故 P=Aτ b=138.16×392=54158.72N制件在拉伸部分时的拉伸力为:由自由弯曲时的弯曲力的计算公式:= 自FtrKBb27.0公式中 K——安全系数b——弯曲件的宽度t——弯曲件材料的厚度——弯曲件材料的抗拉强度br——弯曲件的内弯曲半径所以 = =自FtKBb27.02.16050*73.*=67300N由于采用弹性卸料装置,下出件,故:F 总=F+Fx+FT+ 自8=F+0.05F+0.05F+ 自F=172815.6+8640.78+8640.78+67300=253797.16N因为 F 总=614864N 查《设计手册》P389 表 13.10 选用压力机型号为 JH23-40JH23-40 压 力 机 参 数公称压力/KN 400滑块行程/mm 80行程次数/次/mm 55最大闭合高度/mm 330闭合高度调节量/mm 65左右 700工作台尺寸/mm前后 460工作台孔径/mm 320直径 50模柄孔尺寸/mm深度 70电动机功率/KW 5.51.4.3 压力中心的确定压力中心就是冲压力的作用点,为了保证压力机和模具的正常工作,应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合,否则冲压时滑块就会承受偏心载荷,导致滑块导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,从而使制件质量受到影响和降低模具寿命,甚至损坏模具。由工件图可知,为简单的对称冲裁件,其压力中心位于冲裁件轮廓图形的几何中心上。9用解析法求得模具压力中心的坐标,建立如图 3 所示的 XOY 坐标系:YXO图 3 工件坐标图由上图可知,此图形为对称图形,将工件的对称部分分成L1、L2、L3 、 L4、L5、L6 、L7 各段,分别求出各段的长度的重心位置。各段的长度为:L1=20mm L2=16.155mm L3=2.2mm L4=1.256mm L5=8.4mm L6=L4=1.256mm L7=L3=2.2mm各段长度的重心坐标为:L1 为(10,0) L2 为(27.5,3)L3 为(35,7.1)L4 为(35.72,7.82) L5 为(40,9)L6 为(44.28,7.82) L7 为(45,8.2)将以上数据分别代入压力中心坐标公式 X=(L1 X1 +L2 X2+…+ Ln Xn )/ L1+ L2+…+ LnY=(L1 Y1 +L2 Y2+…+ Ln Yn )/ L1+ L2+…+ Ln将以上个数据带入此公式得:X=0mmY=3.45mm
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