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支撑盘冲压成形工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172636544    类型:共享资源    大小:531.30KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    支撑 冲压 成形 工艺 模具设计
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    01 绪论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,但与国家发展的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。据中国模具工业协会发布的统计材料,2004 年我国冲压模具总产出约为 220亿元,其中出口 0.75 亿美元,约合 6.2 亿元。根据我国海关统计资料,2004 年我国共进口冲压模具 5.61 亿美联社元, 约合46.6 亿元。从上述数字可以得出 2004 年我国冲压模具市场总规模约为 266.6亿元。其中国内市场需求为 260.4 亿元,总供应约为 213.8 亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明: 一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具 ,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多 ,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005 年冲压模具出口达到 1.46 亿美元,比 2004 年增长 94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速,这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料,因此未能计入上述数字之中。 近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达 50 多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具内也能生产了。精度达到1~2μm,寿命 2 亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到 Ra≤1.5μm的精冲模,大尺寸(φ≥300mm )精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。 1.1 模具 CAD/CAM 技术状况我国模具 CAD/CAM 技术的发展已有 20 多年历史。由原华中工学院和武汉733 厂于 1984 年共同完成的精神模 CAD/CAM 系统是我国第一个自行开发的模具 CAD/CAM 系统。由华中工学院和北京模具厂等于 1986 年共同完成的冷冲模 CAD/CAM 系统是我国自行开发的第一个冲裁模 CAD/CAM 系统。上海交通大学开发的冷冲模 CAD/CAM 系统也于同年完成。20 世纪 90 年代以来,国内汽车行业的模具设计制造中开始采用 CAD/CAM 技术。国家科委 863 计划将东风汽车公司作为 CIMS 应用示范工厂,由华中理工大学作为技术依托单位,开发的汽车车身与覆盖模具 CAD/CAPP/CAM 集成系统于 1996 年初通过鉴定。在此期间,一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和 CAD/CAM 软件系统,并在模具设计制造中实际应用,取得了显著效益。1997 年一汽引进了板料成型过程计算机模拟 CAE 软件并开始用于生产。21 世纪开始 CAD/CAM 技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企1业基本都有了 CAD/CAM 技术。其中部分骨干重点企业还具备各 CAE 能力。模具 CAD/CAM 技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量 CAD/CAM 系统。如美国 EDS 的 UG,美国 Parametric Technology 公司 Pro/Engineer,美国 CV 公司的 CADSS,英国 DELCAM 公司的 DOCT5,日本 HZS 公司的 CRADE 及 space-E, 以色列公司的 Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及 Marta-Daravision 公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS 等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了 CAD/CAM 技术/DL 图的设计和模具结构图的设计均已实现二维 CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。在冲压成型 CAE 软件方面,除了引进的软件外,华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在生实践中得到成功应用,产生了良好的效益。快速原型(RP)传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低,样样制作难等问题,实现了以三维 CAD 模型作为制模依据的快速模具制造,它标志着 RPM 应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法,例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。1.2 模具设计与制造能力状况在国家产业政策的正确引导下,经过几十年努力,现在我国冲压模具的设计与制造能力已达到较高水平,包括信息工程和虚拟技术等许多现代设计制造技术已在很多模具企业得到应用。虽然如此,我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面,无论在设计还是加工工艺和能力方面,都有较大差距。轿车覆盖件模具,具有设计和制造难度大,质量和精度要求高的特点,可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平,模具结构周期等方面,与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具,是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具,已基本达到国际水平。 但总体上和国外多工位级进模相比,在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上,仍存在一定差距。汽车覆盖件模具制造技术正在不断地提高和完美,高精度、高效益加工设备的使用越来越广泛。高性能的五轴高速铣床和三轴的高速铣床的应用已越来越多。NC、DNC 技术的应用越来越成熟,可以进行倾角加工超精加工。这些都提高了模具面加工精度,提高了模具的质量,缩短了模具的制造周期。模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可,碳化物被覆处理(TD 处理)及许多镀(涂)层技术在冲2压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。上海模具工业协会秘书长刘德普认为,未来我国的模具将呈现八大发展趋势:1 是模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的。2 是模具的精度越来越高。10 年前,精密模具的精度一般为 5 微米,现在已达到 2~3 微米,不久 1 微米精度的模具将上市。这要求超精加工。3 是多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外,还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务,对钢材的性能要求也越来越高。4 是随着塑料成型工艺的不断改进与发展,气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好,耐高压,特别是精密模具的型腔应淬火,浇口密封性好,模温能准确控制,所以对模具钢的性能要求很严。5 是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代,21 世纪,这种生产方式占工业生产的比例将达到 75%以上。由此,一方面是制品使用周期缩短,另一方面花样变化频繁,要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。6 是随着车辆和电机等产品向轻量化发展,压铸模的比例将不断提高,同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。7 是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快,塑料模具的比例将不断增大。同时,由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高,对塑料模具的要求也越来越高。8 是模具技术含量将不断提高,中、高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。2 工艺性分析图示零件材料为 Q195,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。外形拉深的工艺性:料厚为 0.4 mm,虽然材料较薄,但材料被拉深程度较小,不必材料的拉裂,而应考虑卸载后的回弹。外形落料的工艺性:支撑盘属于中等尺寸零件,料厚 0.4mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求一般,因此可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性:φ8mm 的孔,尺寸精度要求一般,可采用冲孔。此工件只有拉深、外形落料和冲孔三个工序。图示零件尺寸有公差要求的应按要求选取公差,未注公差的一般尺寸按惯例取 IT14 级,符合一般复合冲压的3经济精度要求。由以上分析可知,图示零件具有比较好的冲压工艺性,适合冲压生产。图 1 支撑盘3 排样设计3.1 确定零件的排样方案设计模具时,条料的排样很重要。合理的排样是提高材料利用率、降低成本、保证冲件质量及模具寿命的有效措施。支撑盘外形为圆形,根据排样方法,这里选用直排。3.2 条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算4图 2 条料的排样查表取得搭边值为 2.5mm 和 3.5mm。条料宽度的计算:拟采用有侧压装置的送料方式,由B=(D+2a)导尺间距离的计算:s=D+2(a+c),式中:D——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a——侧搭边值c——导料销与最宽调料之间的间隙,查表 2.5.5 得 c=0.5 mm。代入数据计算,取得条料宽度为 91mm。导料销间距离为 92 mm。材料利用率的计算:根据一般的市场供应情况,原材料选用 1000 mm×2000 mm×0.4mm 的冷轧薄钢板。每块可剪 2000mm ×91 mm 规格条料 10 条,材料剪切利用率达 91%。 材料利用率通用计算公式 = %10BLnA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;L——步距, mm得 = =70%%10298.654 工艺方案的确定支撑盘零件所需的基本冲压工序为拉深、落料和冲孔,可拟订出以下三种工艺方案。方案一:用单工序模分三次加工,即落料——拉深——冲孔。方案二:拉深冲孔落料复合模。方案三:拉深冲孔落料级进模。 采用方案一,模具结构简单,但需要制造多副单工序模具,其费用比复合模昂贵,且其生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为中批量生产,方案二和方案三更具有优越性。根据冲裁件的尺寸精度等级来说,复合模冲裁得到的冲裁件尺寸精度等级高,避免了多次单工序冲裁的定位误差,并且在冲裁过程中可以压料,冲裁件较平整。级进模比复合模冲裁精度要低,因此选用复合模更为合理。65 模具结构形式的选择与确定5.1 正倒装结构采用正装复合模,凸、凹模孔内不积存废料,胀力小,不易破裂。而采用倒装结构,冲孔废料直接由冲孔凸模从凸、凹模内孔推下,无顶件装置,结构简单,操作方便,但如果采用直刃壁凹模洞口,凸、凹模内有积存废料,胀力较大,当凸、凹模壁厚较小时,可能导致凸、凹模破裂。根据上述分析,采用正装结构,即冲孔凸模和落料凹模都安排在下模,拉深凹模也安排在下模。5.2 送料方式根据工厂经济情况,采用手动送料方式。5.3 定位装置定位装置主要是为了保证条料的正确送进及在模具中的正确位置。即:送料导向与送料定距。1 送进导向:这里采用固定在凹模面上的固定式导料销。因为导料板一般用于单工序模或级进模。2 送料定距:这里采用固定挡料销。因为若使用活动挡料销,每次送料时都要先推后拉,作方向相反的两个动作,操作比较麻烦,而导料销和侧刃多用于级进模中。5.4 模架的选用这里选用导柱模模架。导柱模模架对导柱、导套的配合精度、上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。这些技术条件保证了整个模架具有一定的精度,也是保证冲裁间隙均匀性的前提。有了这一前提,加上工作零件的制造精度和装配精度达到一定的要求,整个模具达到一定的精度就有了基本的保证。75.5 导向方式为确保零件的质量及稳定性,选用导柱、导套导向。这里采用中间导柱模架。因为其滑向平稳,导向准确可靠,而且常用于复合模。5.6 卸料方式本模具采用正装结构,冲孔废料和工件留在凹模孔洞中,为了简化模具结构,可以在下模座中开有通槽,使废料和工件从孔洞中落下。工件厚度为 0.4mm,料厚比较薄,选用既起卸料又起压料作用的弹性卸料板来卸下条料废料。6 冲压力与压力中心6.1 加强筋拉深的总力其总力包括压料力和拉料力:1 压料力:F Y=AP式中:A—压料圈下坯料的投影面积;8P—单位面积压料力,P 值大小可查表 4.4.5 得 P=2.5 MPa。所以 FY=5408×2.5 =13520N=13.52 kN2 拉料力:查表 4.4.3,拉深相对高度 H/d 与拉深次数的关系可查表得,该加强筋可一次拉深成形F=1.25π(D-d 1)tб b式中:F—拉深力;t—板料厚度;D—坯料直径;d1—拉深后的制件直径;б b—拉深件材料的抗拉强度,查表知: б b=400 MPa。所以 F=1.25π(6-4)×0.4×400=1.3 kN.即拉深加强筋的总力为 F6=13.52+1.3=14.82 kN≈15 kN6.2 冲裁工序总力的计算由工件结构和前面所定的冲压方案可知,本工件的冲裁力包括以下部分:冲 φ8mm 孔的力为 F1、落料力为 F2、向下推出 φ8mm 孔废料的力 F3、向下推出工件的力 F4。由弹性卸料板卸条料的废料的力也是压力机提供的,设为 F5。考虑到模具刃部被磨损、凸凹模间隙不均匀和波动、材料力学性能及材料厚度偏差等因素的影响,实际计算冲裁力时按下面公式:F=KLtτ b式中 F——冲裁力 kN;L——冲裁件周边长度 mm;t——冲裁件材料厚度 mm;τ——被冲材料的抗剪强度 MPa;K——系数,一般取 1.3。上式中抗剪强度 τ 与材料种类和坯料的原始状态有关,可在手册中查询。为方便计算,可取材料的 τ=0.8σ b,故冲裁力表达式又可表示为:P=1.3Ltτ≈Ltσ b式中 σ b—被冲材料抗拉强度(MPa)。查手册表 8—7 得 Q195 的 σ b=400MPaF 1=8π×0.4×400=4kNF2=88π×0.4×400=44kN推件力 F t=nKtP;Kt——推件力系数,由手册查得 Kt=0.055;n——同时卡在凹模的工件(或废料)数,其中n=h/t=1(因为采用正装复合模没有废料积存);h——凹模刃部直壁洞口高度 mm;t——料厚 mm;F 3=4×0.63=3kNF 4=0.63×44.2=28kNF 5=0.63×44.2=28kN所以冲孔落料工序总力为F 总 = F 1+ F 2+ F 3+ F 4+ F 5=4+44+3+28+28=107kN工序总力为 F=107+15=122 kN96.3 初选压力机查参考文献开式可倾压力机参数初选压力机型号为 J23-16 和J23-25,见表一。表一 所选择压力机的相关参数型号 公称压力 /kN 滑块行 程/mm 最大闭合 高度/mm 工作台尺 寸/mm模柄孔尺寸/mm可倾斜角/·封闭高度调节量/mmJ23-16 160 55 220 300×450 Ф40×60 35 45J23-25 250 65 270 370×560 Ф40×6030 556.4 压力中心的计算该制件结构形状中心对称,其压力中心即是制件的几何中心.
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