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支撑圈冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172636120    类型:共享资源    大小:1.15MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    支撑 冲压 成形 工艺 模具设计
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    11 绪 论从现在的发展形式可以看出,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2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; 38)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。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。 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%.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如下几项: (1)全面推广 CAD/CAM/CAE 技术模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步,普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟,各企业将加大 CAD/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/CAM/CAE技术跨地区、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4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,并可获得极高的表面光洁度。另外,还可加工高硬度模块,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化、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铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 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、家电等行业得到成功应用,相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 (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加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),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应用。预计这一技术将得到发展。 (5)提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 (6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等离子喷涂等技术。 (7)模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作,以提高模具表面质量是重要的发展趋势。 (8)模具自动加工系统的发展 5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;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。如今,我国模具成型工业已形成了相当规模的完整体系,越来越多的新技术,新工艺,新材料诞生,并将应用在模具产业中,这将促使我国模具工业的飞跃发展。同时,我国模具工业的总体水平与世界先进国家相比还有一定差距,还要大力推进模具产业的科技进步,开展新技术,新材料研究开发,并进一步加强对模具工业专业技术人才的培养,使之可持续发展,为我国模具成型加工技术超赶世界先进水平作出贡献。大学三年的学习即将结束,毕业设计是其中最后一个实践环节,是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展,采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。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、洛阳中国一拖的生产实习,我对于模具特别是冲压模具的设计步骤有了一个全新的认识,丰富了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实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下,同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体,明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍,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,设计中不妥之处在所难免,肯请各位老师指正。62 支撑圈件冲压工艺的分析及方案的确定2.1 支撑圈件工艺分析原始资料:如图所示工件名称:支撑圈 材 料: 08 钢 厚 度:1.2mm 图 2-1此工件为带凸缘圆筒形工件,形状简单对称,所有尺寸均为自由公差,对工件厚度变化也没有作要求。由于没有公差等级标注,所以可以按未标公差等级处理。零件图上未标注公差尺寸按 IT14 精度计算。2.2 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、冲孔、翻边三个基 本工序,可以有以下三种工艺方案:7方案一:先落料,其次冲孔,最后翻边。采用单工序模生产。方案二:落料—冲孔—翻边复合冲压。采用复合模生产。方案三:级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单,但需要三道工序四副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案较复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之尺寸偏大,通过对上述三种方案的分析比较,若该工件能一次拉深,则其冲压采用方案二为佳。3 主要工艺参数计算3.1 计算毛坯尺寸3.1.1 计算工件凸缘相对直径,确定修边余量由工件图可知 t=2mm>1mm,故按板厚中径尺寸计算。d t=93mm d=75mm H=20mm。凸缘相对直径 查表 4.2 得 修边余量 ΔR=1.8mm 故按实际外径93/751.24tddt=93+1.8×2=96.6mm 计算。3.1.2 计算毛坯直径 D由于制件较复杂可分解多个部分,综表 4.33 公式得2 241.70.56DdHdr代入数据得 D=104㎜查表得拉伸的修边余量 mh.2则毛坯的直径 。10510.4D83.2 排样设计3.2.1 确定零件的排样方案设计模具时,条料的排样很重要。支撑圈件具有左右对称的特点,单向排列时(图 2-2 所示)的排样方案可以提高材料的利用率,减少废料。图 3-2 条料的排样3.2.2 条料宽度、和材料利用率的计算查表取得搭边值为 a1=1.5mm 和 a=1.2mm。条料宽度的计算:拟采用无侧压装置的送料方式,由b-Δ =〔D+2a+c 1〕 - ΔD—条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a—侧搭边值c1—导料板与最宽条料之间的间隙代入数据计算,取得条料宽度为 110mm。材料利用率的计算:9由材料利用率通用计算公式 = %10BsnA式中 A—一个冲裁件的面积,mm 2;n—一个进距内的冲裁件数量;B—条料宽度,mm; s—进距, mm得 = 3.14×55×55/110×109×100%=79.2%3.3 落料工艺的计算3.3.1 冲裁力的计算 有公式 得bFKLt冲—系数L—冲裁周边长度t—材料厚度—材料抗剪强度b系数 K 是考虑到实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀、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。查表 取 300Mpa。bFLt冲=1.3×3.14×107.4×1.2×300=157826N3.3.2 推件力的计算由表知推料力的计算公式为: tFnK推10式中 推件力系数查表 2.6.10 取 0.065 n—同时卡在凹模内的件数。tKtFn推=0.065×157826×4=41034N3.3.3 卸料力的计算由卸料力的计算公式为: 知XFnK卸—卸料力系数查表 2.6.10 取 0.05 XKn—同时卡在凹模内的冲件数。tF卸=0.05 157826=7891N3.4 拉深工艺的计算3.4.1 确定拉深成形次数及是否采用压边圈板料的相对厚度 板料的相对厚度10.2710.tD<1.5。由表 4.4.4 查得需用压料装置10.27tD3.4.2 压边力的计算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。由公式对任何形状的拉深件 FAp压A—压边圈下坯料的投影面积p—单位面积压料力查表 4.4.5 p 取 2.0p/MPa
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