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窄凸缘筒形件冲压成形工艺及模具设计.rar

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    凸缘 筒形件 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- 1 -1 绪 论1.1 模具工业的地位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。在我国,1998 年 3 月在《国务院关于当前产业政策要点的决定》模具被列为机械工业技术改造序列的第一位,生产和基本建设序列第二位,把发展模具工业摆在发展国民经济的重要位置。目前,我国冲压模具在产值占模具总产值的 40%以上,处于主导地位。1.2 冷冲压的应用冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属板料。冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时,板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。利用模具加工,可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证,所以质量稳定,一般不需再经过机械工业加工便可使用。冲压加工不一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样大量切削材料,所以它不但节能,而且节约材料。冲压产品的表面质量较好,使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料,在冲压过程中材料表面不受破坏。因此,冲压工艺是一种产品质量较好而且成本低的加工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 2 -冲压工艺在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中,冲压生产占有重要的地位。1.3 冷冲压发展趋势 (1)工艺分析计算方法的现代化。例如,生产汽车覆盖件的冲压工艺,传统方法是根据已有的设计资料和设计者的经验,进行对比分析,确定工艺方案和有关参数,然后设计模具,进行试冲,经过反复试验和修改,才能转入批量生产。近几年来,国外有的公司已开始采用有限变形的弹塑性有限元法,对覆盖件成形过程进行计算模拟,分析应力应变关系,从而预测某一工艺方案的可行性和可能会产生的问题,并将结果显示在图形终端上,供设计人员进行选择和修改。这样,不仅可以节省昂贵的模具试制费用,缩短产品试制周期,而且可以建立符合生产实际的先进设计方法;既促进了冷冲压工艺的发展,又可以发挥塑性成形理论对生产实际的知道作用。(2)模具设计及制造技术的现代化。为了加快产品的更新换代,缩短工装设计、制造周期,正在大力开展模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。采用这一技术,一般可以提高模具设计和制造效率 2~3 倍,模具生产周期可缩短1/2~1/3。发展这一技术的最终目标,是要达到模具 CAD/CAM 一体化,而模具图纸将只作为检验模具之用。采用模具 CAD/CAM 技术,还可提高模具质量,大大减少设计与制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。(3)冲压生产的机械化和自动华。为了满足大量生产的需要,冲压设备已由单工位低速压力机发展到多工位高速自动压力机。一般中小型冲压件,既可在多工位压力机上生产,也可以在高速压力机上采用多工位连续模加工,使冲压生产达到高度自动化。大型冲压件(如汽车覆盖件)可在多工位压力机上利用自动送料和取件装置,进行机械化流水线生产,从而减轻劳动强度和提高生产率。(4)为了满足产品更新换代加快和生产批量减小的发展趋势,发展了一些新的成形工艺、简易模具、通用组合模具以及数控冲压设备和冲压柔性制造系统(FMS)等。这样,就使冲压生产既可适合大量生产,又可适用于小批量生产。(5)不断改进板料性能,以提高其成形能力和使用效果。例如,研制高强度钢板,用来生产汽车覆盖件;研制新型材料板,用来生产航空构件等。1.4 毕业设计的主要目的河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 3 -毕业设计做为大学教学中的一个必不可少的环节,是对我们三年所学专业知识的最后一次也是最全面的一次检查。通过这次毕业设计可以很好的使我们辛勤的老师了解学生掌握知识的程度,也可以使我们很好的加强对专业知识的巩固,对以后我们踏足社会和在实践工作中起到了不可估量的作用。毕业设计的主要目的有:综合运用本专业所学课程的理论和生产实习知识,进行一次拉深模具设计工作的实际训练,从而培养和提高学生自己的独立工作能力;巩固“冲压模具设计与制造” 等课程所学的内容,掌握模具设计的方法和步骤;掌握冲压模具设计与基本技能,如模具相关尺寸计算、绘图、查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习,我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识,对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解,达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题,我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、在洛阳中国一拖、中信重型矿山机械厂的生产实习,我对于冷冲模具、塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富和加深了对各种模具的结构和动作过程方面的知识,而对于模具的制造工艺更是有了全新的理解。在指导老师的细心指导下和在工厂师傅的讲解下,我们对于模具的设计和制造工艺有了系统而深刻的认识。同时在实习现场亲手拆装了一些典型的模具实体并查阅了很多相关资料,通过这些实践,我们熟练掌握了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。通过在图书馆借阅相关手册和书籍,更系统而全面了细节问题。锻炼了缜密的思维和使我们初步具备了设计工作者应有的素质。设计中,将充分利用和查阅各种资料,并与同学进行充分讨论,尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中,将有一定的困难,但有指导老师的悉心指导和自己的努力,相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限,而且缺乏经验,设计中难免有不妥之处,肯请各位老师指正。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 4 -2 落料拉深冲孔复合模设计2.1 工艺性分析和工艺方案2.1.1 工艺性分析零件材料为 Q235 钢板,能够进行一般的冲压加工,市场上也容易得到这种材料,价格适中。该零件属于中等尺寸零件,料厚 2mm,外形较复杂,尺寸精度要求一般。加工这样的工件,传统的方法是采用三个工序来完成,即第一个工序是落料,第二个工序是拉深,第三个工序是冲孔成形。从工件图上看,该工件形状简单且轴对称,主要尺寸 Φ34 的精度为 IT11 级,材料厚 2mm,且为 Q235,其冲裁拉深性能较好。 图 1材 料 : Q235料 厚 : m该零件底部孔为 Φ9 其精度为 IT11 级精度另尺寸,Φ46 其精度为 IT12 级,普通的冲裁工艺均可以保证。综上所述,该零件的精度及结构尺寸都能满足冲压工艺性的要求,在中等批量生产时可以用冲压加工,冲压的零件工序为落料——拉深——冲孔。2.1.2 工艺方案的确定1.毛坯尺寸的计算河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 5 -由于材料厚度较大,故均按中线尺寸计算。查表 4-5[1]取修边余量 =2mm,dp=46+4=50mm查表 4-5[1]序号 20 所列公式计算坯料直径,则坯料直径22220112436.86.8.56DdrRdd23.30.3.504794591mm2.判断拉深次数,501.396dp当 201.9tD时,1142.7hd由 表 查 出36.0.2hd而 , 故 一 次 拉 不 出 来 。由表 4-15[1] 查出 m1=0.46~0.50 m2=0.70~0.72 m3=0.72~0.74190.546D2.723d3m由于制件直径为 34mm 刚好等于 d2,但考虑到拉深不一定取拉深极限,故取拉深次数为 n=3。该工件包括落料、拉深、冲孔三个基本工序,可以有以下几种工艺方案:方案一:先落料、后拉深,再冲孔,采用单工序模生产;方案二:落料、拉深、冲孔复合冲压,采用复合模生产;方案三:落料、拉深、冲孔级进冲压,采用级进模生产。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 6 -以上几种方案:对于方案一,模具要求简单,但是需要三道或者更多道工序,每道工序都需一套模具,模具套数过多,生产效率将会降低,难以满足大批量生产的要求;方案二采用复合模生产,生产效率较高,复合模结构虽然较方案一复杂,但是由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难;方案三生产效率也很高,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导正,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,该零件的冲压生产采用方案二为佳。2.2 必要工艺参数的计算2.2.1 压力中心的确定由于该零件为轴对称件,故不必进行压力中心的计算。2.2.2 调整各次拉深系数,使其各次拉深变形程度分配合理各次极限拉深系数[m n]各次实际拉深系数 mn拉深系数差△m= m n-[m n]各次拉深直径dn[m1]=0.51 m1=0.57 +0.06 d1=m1 D=0.57×91=52[m2]=0.72 m2=0.80 +0.08 d2=m2 d1=0.80×52=42[m3]=0.74 m3=0.81 +0.007 d3=m3 d2=0.81×42=342.2.3 确定各次拉深凸、凹模圆角半径按表 4-68[1]查得 R 凹 1=5 R 凸 1=4R 凹 2=4 因 R 凸 n=(1~ 1.6)R 凹 故 R 凸 2=3R 凹 3=3 R 凸 3=22.2.4 根据修正后的毛坯直径计算第一次拉深高度并校核由式(19.4-10) [5],第一次拉深高度2 22 21110.50.40.50.14.4393.563phDdrRrd河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 7 -50.5493dpD查 表 19.4-, 当 ,201.t时 ,许可最大相对高度 11340.750.652hd, 故 安 全 。同样可以计算出第二、三次拉深高度 h2=39mm、h 3=40mm2.2.5 画出工序图 冲1 -冲 冲 ()冲4 图 22.2.6 排样和材料利用率该工件排样根据落料工序设计。考虑操作方便及模具结构简单,故采用单排排样设计。由表 2-16[3]查得搭边值 a1=1.5mm,a=2mm ,采用双排挡料销挡料,则:条料宽 b=91+2a=95mm条料的进距 h=91+a1=92.5mm冲裁单件材料的利用率,既207495.DnAbh式中:A——冲裁件面积;河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 8 -n——一个进距的冲裁件数量;b——条料宽度;h——进距。2.2.7 计算工序压力 1.落料力的计算F 落= 1.3Lt式中:F 落— —落料力(N) ;L——工件轮廓周长( mm) ;Dx凸t——材料厚度,t=2.0mm;——材料的抗剪强度(Mpa) ,附录 [3]得 Mpa。 落料力为:F 落= 1.32.卸料力的计算F 卸 =K 卸×F 落式中:K 卸——卸料力因数。其值由表 2-51[3]查得 K 卸=0.03卸料力为: F 卸=0.03×230.31=6.91KN3.冲孔力的计算F 冲 = 1.3Lt式中:L——工件轮廓周长(mm) ; mm3.14D冲孔力则为: 1(4F冲河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 9 -4.推件力的计算F 推=nK 推 F 冲式中:K 推——推件力因数,由表 2-15[3]查得 K 推=0.05;n——卡在凹模内的工件数,n=2。推件力则为:F 推=2×0.05×48.09=4.81KN5.拉深力的计算该零件为有压边圈的圆筒型件拉深,则 FkDtb拉式中:F 拉— —拉深力(N) ;d ——拉深件的直径,d=46mm;t——材料厚度;——材料的强度极限(M) ;查附录 [3]得=380MpabK——修正系数。拉深因数 m1=0.5,m2=0.74 由表 4-18 查得修正因数 K=1所以: F 拉=1×3.14×46×2.0×380=109.77KN6.压边力的计算FQ=AP式中:A——压边圈面积; mm21(4AP——单位压边力。由表 4-16[3]查得 P=3.0Mpa压边力则为:FQ=5972×3.0=17.9KN河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书- 10 -则总的冲压力为:F 总=F 落+F 卸+F 冲+F 推+F 拉+F 压=230.31+6.91+48.09+4.81+109.77+17.9=417.79KN初选压力机为 J23-63 的开式压力机 。2.3 模具总体设计该工作的模具结构如图,主要由上下模、落料凹模、凸凹模、冲孔凸模、冲孔凹模、镶拼凹模、下顶块、上顶块、卸料板等零件组成。2.3.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知,采用复合冲压,所以模具为类型为落料——拉深——冲孔复合模。2.3.2 定位方式的选择因为该模具使用的是条料,落料为圆故采用导料销,送进步距方式采用挡料销。2.3.3 卸料、出件方式该模具的顶件压边装置安装在下模,妨碍了冲孔废料的排出。下模座开设了一个斜漏料孔,并用螺钉来限位,使拖板与下模座之间保持一定的间距,从而保证废料能依靠自重顺利排出。出件方式可采用上下顶块分别顶出。2.3.4 导向方式该复合模采用后侧导柱的导向方式。2.4 工作部分尺寸计算模具的落料凹模、凸凹模、冲孔凹模、冲孔凸模及镶件,凸、凹模的工作关系:工件未注公差可按照表 4[7] 计算。
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