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成型板的冲压工艺及模具设计.rar

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    编号:20181016172638983    类型:共享资源    大小:960.51KB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    金币
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    成型 冲压 工艺 模具设计
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    1绪论1 概述1.1 冲压与冲压模具的概念冲压是塑性加工的基本方法之一。冲压是在室温下,利用安装在压力机上的模具对材料施力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需零件的一种冲压加工方法。由于冲压通常是在室温下进行加工,所以常常称为冷冲压;又由于它的加工材料主要是板料,所以又称为板料加工。冲压不但可以加工金属材料,还可以加工非金属材料。在冲压加工中,将材料加工成冲压零件(或半成品)的一种特殊工艺装备,称为冲压模具或冷冲模。冲压模具在实现冲压加工中是必不可少的工艺装备,没有符合要求的冲压模具,冲压加工就无法进行;没有先进的冲压模具,先进的冲压工艺就无法实现。在冲压零件的生产中,合理的冲压工艺,先进的模具,高效的冲压设备是必不可少的三要素,如图 1 所示:1.2 冲压的特点及应用1.冲压生产的特点与其它加工方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。(1)冲压件的质量稳定,尺寸精度高 由于冲压生产是有利于模具成形,模具制造精度高,故冲压件质量稳定,制件互换性好,尺寸精度高,一般情况下,冲压生产的尺寸精度可达到 IT10~IT14 级,最高可达到 IT16 级,有的制件不需冲 压 设 备模 具 工 艺 条 件冲 压 零 件图 1 冲 压 零 件 质 量 的 影 响 因 素2要再进行机械加工,便可满足装配和使用要求。(2)生产率高,成本低 冲压生产是利用冲压模具和冲压设备完成加工,其生产效率高,操作方便,易于实现机械化与自动化。对于普通压力机,每分钟可生产几件到几十件制件,高速压力机每分钟可生产数百件甚至上千件制件。冲压件质量轻,刚性好,强度高,冲压过程耗能少,中大批量生产时,成本较低。(3)材料利用率高 冲压生产是一种少,无切削加工的方法之一。冲压生产能实现少废料甚至饿无废料生产,在某些情况下,边角余料也可以充分利用(冲压小零件),因此,材料的利用率高,一般为 70%~85%。(4)易得到复杂制件 由于利用模具加工,所以可以获得用其他加工方法所不能或难以制造的形状复杂的零件。如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。冲压生产的缺点:(1)模具制造周期长,制造成本高,不适应与小件生产 冲压多采用机械压力机,由于滑块往复运动,手工操作时,劳动强度较大。易发生事故,故必须重视安全生产,安全管理和采取必要的安全技术措施。(2)冲压加工生产产生振动和噪音两种公害 这些问题并不完全是冲压本身带来的,主要是由于传统的的冲压设备落后造成的,随着科学技术的进步,这两种公害会得到一定程度的解决。2 冲压生产的应用由于冲压生产存在着上述诸多优点,冲压加工的应用十分广泛,在汽车,拖拉机,机电,电器,仪表玩具以及日常生活用品的生产方面,都占十分重要的地位。不少过去用铸造,锻造,切削加工方法制造的零件,现在被刚度好,质量轻的冲压件代替。根据近年来的统计表明,在机电以及仪器,仪表生产中,有 60%~70%的零件是采用冲压工艺完成的。在汽车生产中大概有 60%~70%的零件数采用冲压工艺制成的,冲压生产所占的劳动量是整个汽车行业劳动量的 25%~30%.在电子产品中,冲压件所占的比例也相当大。人们日常生活中的金属制品,冲压件所占的比例更大,如:铝锅,不锈钢餐具等,随处都可看到冲压制品,因此,冲压技术应用非常广泛。学习,研究和发展冲压技术,对发展我国国民经济和加速现代化工业建设具有重要意义。33 冲压的基本工序及模具由于冲压加工的零件种类繁多,各类零件的形状、尺寸和精度要求又各不相同,因而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的。概括起来,可分为分离工序和成形工序两大类;分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压(俗称冲裁件)的工序;成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。上述两类工序,按基本变形方式不同又可分为冲裁、弯曲、拉深和成形四种基本工序,每种基本工序还包含有多种单一工序。在实际生产中,当冲压件的生产批量较大、尺寸较少而公差要求较小时,若用分散的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求。这时在工艺上多采用集中的方案,即把两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成,称为组合的方法不同,又可将其分为复合-级进和复合-级进三种组合方式。复合冲压——在压力机的一次工作行程中,在模具的同一工位上同时完成两种或两种以上不同单一工序的一种组合方法式。级进冲压——在压力机上的一次工作行程中,按照一定的顺序在同一模具的不同工位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式。复合-级进——在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序。冲模的结构类型也很多。通常按工序性质可分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等;按工序的组合方式可分为单工序模、复合模和级进模等。但不论何种类型的冲模,都可看成是由上模和下模两部分组成,上模被固定在压力机工作台或垫板上,是冲模的固定部分。工作时,坯料在下模面上通过定位零件定位,压力机滑块带动上模下压,在模具工作零件(即凸模、凹模)的作用下坯料便产生分离或塑性变形,从而获得所需形状与尺寸的冲件。上模回升时,模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸、凹模上卸下或推、顶出来,以便进行下一次冲压循环。4 冲压技术的现状及发展方向随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展,许多新技术、新工艺、新设备、新材料不断涌现,因而促进了冲压技术的不断革新和发展。其主要表现和发展方向如下。4(1).冲压成形理论及冲压工艺方面冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础。目前,国内外对冲压成形理论的研究非常重视,在材料冲压性能研究、冲压成形过程应力应变分析、板料变形规律研究及坯料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展。特别是随着计算机技术的飞跃发展和塑性变形理论的进一步完善,近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机模拟技术,即利用有限元(FEM)等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程,根据分析结果,设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题,并通过在计算机上选择修改相关参数,可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用,也缩短了制模具周期。研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺,也是冲压技术的发展方向之一。目前,国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺。其中,精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法,它扩大了冲压加工范围,目前精密冲裁加工零件的厚度可达 25mm,精度可达 IT16~17 级;用液体、橡胶、聚氨酯等作柔性凸模或凹模的软模成形工艺,能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件,在特定生产条件下具有明显的经济效果;采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在、形状复杂、批量小、强度高和精度要求较高的板料零件,具有很重要的实用意义;利用金属材料的超塑性进行超塑成形,可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序,这对于加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性;无模多点成形工序是用高度可调的凸模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术,我国已自主设计制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备,解决了多点压机成形法,从而可随意改变变形路径与受力状态,提高了材料的成形极限,同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力,实现无回弹成形。无模多点成形系统以 CAD/CAM/CAE 技术为主要手段,能快速经济地实现三维曲面的自动化成形。(2).冲模是实现冲压生产的基本条件.在冲模的设计制造上,目前正朝着以下两方面发展:一方面,为了适应高速、自动、精密、安全等大批量现代生产的需要,冲模正向高效率、高精度、高寿命及多工位、多功能方向发展,与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术,各种高效、精密、数控自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 CAD/CAM 技术也在迅速发展;另一方面,为了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要,锌基合金冲模、聚氨酯橡胶冲模、薄板冲模、钢带冲模、组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展。精密、高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了5现代冲模的技术水平。目前,50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米,多功能级进模不仅可以完成冲压全过程,还可完成焊接、装配等工序。我国已能自行设计制造出达到国际水平的精度达 2 ~5 微米,进距精度 2~3 微米,总寿命达 1 亿次。我国主要汽车模具企业,已能生产成套轿车覆盖件模具,在设计制造方法、手段方面已基本达到了国际水平,但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平,模具结构、功能方面也接近国际水平,但在制造质量、精度、制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。计算机技术、信息技术、自动化技术等先进技术正在不断向传统制造技术渗透、交叉、融合形成了现代模具制造技术。其中高速铣削加工、电火花铣削加工、慢走丝切割加工、精密磨削及抛光技术、数控测量等代表了现代冲模制造的技术水平。高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面质量(主轴转速一般为15000~40000r/min),加工精度一般可达 10 微米,最好的表面粗糙度 Ra≤1 微米),而且与传统切削加工相比具有温升低(工件只升高 3 摄氏度)、切削力小,因而可加工热敏材料和刚性差的零件,合理选择刀具和切削用量还可实现硬材料(60HRC)加工;电火花铣削加工(又称电火花创成加工)是以高速旋转的简单管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样),因此不再需要制造昂贵的成形电极,如日本三菱公司生产的 EDSCAN8E 电火花铣削加工机床,配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM 集成系统、在线自动测量系统和动态仿真系统,体现了当今电火花加工机床的技术水平;慢走丝线切割技术的发展水平已相当高,功能也相当完善,自动化程度已达到无人看管运行的程度,目前切割速度已达到300mm /min,加工精度可达±1.5 微米,表面粗糙度达 Ra=01~0.2 微米;精度磨削2及抛光已开始使用数控成形磨床、数控光学曲线磨床、数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术;模具加工过程中的检测技术也取得了很大的发展,现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施及简单操作步骤,使得现场自动化检测成为可能。此外,激光快速成形技术(RPM)与树脂浇注技术在快速经济制模技术中得到了成功的应用。利用 RPM 技术快速成形三维原型后,通过陶瓷精铸、电弧涂喷、消失模、熔模等技术可快速制造各种成形模。如清华大学开发研制的“M-RPMS-Ⅱ型多功能快速原型制造系统”是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快速成形工艺(分层实体制造 SSM 和熔融挤压成形 MEM)的系统,它基于“模块化技术集成”之概念而设计和制造,具有较好的价格性能比。一汽模具制造公司在以 CAD/CAM 加工的主模型为基础,采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试制和小批量生产开辟了新的途径。6(3)冲压设备和冲压生产自动化方面性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件,高精度、高寿命、高效率的冲模需要高精度、高自动化的冲压设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要,目前冲压设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展,加之机械乃至机器人的大量使用,使冲压生产效率得到大幅度提高,各式各样的冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后,在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲,从而大幅度提高精度和生产率;在高速自动压力机上冲压电机定转子冲片时,一分钟可冲几百片,并能自动叠成定、转子铁芯,生产效率比普通压力机提高几十倍,材料利用率高达 97%;公称压力为 250KN 的高速压力机的滑块行程次数已达2000 次/min 以上。在多功能压力机方面,日本田公司生产的 2000KN“冲压中心”采用 CNC 控制,只需 5min 时间就可完成自动换模、换料和调整工艺参数等工作;美国惠特尼公司生产的 CNC 金属板材加工中心,在相同的时间内,加工冲压件的数量为普通压力机的 4~10 倍,并能进行冲孔、分段冲裁、弯曲和拉深等多种作业。近年来,为了适应市场的激烈竞争,对产品质量的要求越来越高,且其更新换代的周期大为缩短。冲压生产为适应这一新的要求,开发了多种适合不同批量生产的工艺、设备和模具。其中,无需设计专用模具、性能先进的转塔数控多工位压力机、激光切割和成形机、CNC 万能折弯机等新设备已投入使用。特别是近几年来在国外已经发展起来、国内亦开始使用的冲压柔性制造单元(FMC)和冲压柔性制造系统(FMS)代表了冲压生产新的发展趋势。FMS 系统以数控冲压设备为主体,包括板料、模具、冲压件分类存放系统、自动上料与下料系统,生产过程完全由计算机控制,车间实现 24 小时无人控制生产。同时,根据不同使用要求,可以完成各种冲压工序,甚至焊接、装配等工序,更换新产品方便迅速,冲压件精度也高。(4)冲压标准化及专业化生产方面模具的标准化及专业化生产,已得到模具行业和广泛重视。因为冲模属单件小批量生产,冲模零件既具的一定的复杂性和精密性,又具有一定的结构典型性。因此,只有实现了冲模的标准化,才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化、商品化,从而降低模具的成本,提高模具的质量和缩短制造周期。目前,国外先进工业国家模具标准化生产程度已达 70%~80%,模具厂只需设计制造工作零件,大部分模具零件均从标准件厂购买,使生产率大幅度提高。模具制造厂专业化程度越不定期越高,分工越来越细,如目前有模架厂、顶杆厂、热处理厂等,甚至7某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲模,这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短。我国冲模标准化与专业化生产近年来也有较大发展,除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外,标准件品种也有扩展,精度亦有提高。但总体情况还满足不了模具工业发展的要求,主要体现在标准化程度还不高(一般在 40%以下),标准件的品种和规格较少,大多数标准件厂家未形成规模化生产,标准件质量也还存在较多问题。另外,标准件生产的销售、供货、服务等都还有待于进一步提高。1 制件的工艺性分析8工件名称:支板生产批量:批量生产材料:20厚度:1.2mm工件简图见图 2图 2 工件图制件的总体分析该零件的外形复杂程度一般,是由圆弧和圆组成的。由于冲裁件的内外形所能达到的经济精度为 IT11~IT14 级,孔中心与边缘的距离尺寸公差为±0.5mm。将以上精度与零件的精度要求相比较,可得到该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到保证,其它尺寸标注,生产批量等情况,也均符合冲裁的工艺要求。工艺性:成型板属于中等尺寸零件,料厚 1.2mm,外形复杂程度一般,尺寸精度要求如图示,零件材料为 20 钢,是优质碳素结构钢,具有良好的塑性,市场上也容易得到这种材料,价格适中。9因此零件外形可采用落料工艺获得。冲孔的工艺性:φ25mm 的孔,尺寸精度要求一般,可采用冲孔。此工件只有外形落料和冲孔两个工序。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。2 工艺方案的确定10成型板零件所需的基本冲压工序为落料和冲孔,可拟订出以下三种工艺方案。方案一:用简单模分两次加工,即先落料,后冲孔。采用单工序模生产。方案二:落料——冲孔复合模。采用复合模生产。方案三:冲孔——落料级进模。采用级进模生产。分析各方案的优缺点方案一:生产率低,工件的累计误差大,操作不方便,由于该工件为大批量生产,方案二和方案三更具有优越性。该零件 25 的孔与外边缘之间的最小距离为 8.82mm,大于此零件要求的最小壁厚(Lmin=2t=2×1.2=2.4mm) ,可以采用冲孔落料复合模或冲孔,落料级进模。复合模的行位精度和尺寸精度容易保证,且生产也高,尽管模具结构较复杂,但由于零件的几何形状复杂程度一般,所以模具的制造并不太困难;级进模的生产效率也高,但零件的冲裁精度稍差,预保证冲压件的行位精度,需要在模具上设置导正销导正,故模具的制造,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的复合模具为佳。3 主要工艺参数计算
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