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螺母盒零件冲压工艺与冲模设计2.rar

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    编号:20180802233204599    类型:共享资源    大小:585.45KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    螺母 零件 冲压 工艺 冲模 设计
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    南昌航空大学科技学院学士学位论文第 1 页目 录1 绪 论................................................................................................................31.1 模具行业的发展现状及市场前景 ......................................31.2 冲压工艺介绍 ......................................................31.3 冲压工艺的种类 ....................................................41.4 冲压行业阻力和障碍与突破 ..........................................52 冲裁件的工艺分析 .......................................................................................72.1 工件尺寸精度 ......................................................82.2 工件展开长度计算 ..................................................83 冲裁工艺方案的确定 ...................................104 模具结构形式的确定 ...................................115 模具总体设计 ..............................................................................................125.1 模具类型的选择 ...................................................125.2 操作方式 .........................................................125.3 卸料、出件方式 ...................................................125.4 确定送料方式 ................................................................................................135.5 确定导向方式 ................................................................................................136 模具设计计算 ..............................................................................................146.1 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率 ..............................................146.2 冲压力的计算 ................................................................................................186.3 压力中心的确定 ............................................................................................206.4 模具刃口尺寸的计算 .....................................................................................216.5 模具弯曲部分工作尺寸计算 ..........................................................................237 主要零部件设计 ..........................................................................................277.1 工作零部件的结构设计 ..................................................................................278 校核模具闭合高度及压力机有关参数 .................................................338.1 校核模具闭合高度 .........................................................................................338.2 冲压设备的选定 ............................................................................................339 设计并绘制模具总装图及选取标准件 ....................................................3410 模具的安装调试 ..........................................................................................3510.1 模具的安装调试 ...........................................................................................35南昌航空大学科技学院学士学位论文第 2 页参考文献 ..............................................................................................................36南昌航空大学科技学院学士学位论文第 3 页绪 论1.1 模具行业的发展现状及市场前景现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求,市场需求量维持在600亿至650亿美元,同时,我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年,我国模具产业总产值保持13%的年增长率(据不完全统计,2004年国内模具进口总值达到600多亿,同时,有近200个亿的出口),到2005年模具产值预计为600亿元,模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。单就汽车产业而言,一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元,而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2003年我国汽车产销量均突破400万辆,预计2004年产销量各突破500万辆,轿车产量将达到260万辆。另外,电子和通讯产品对模具的需求也非常大,在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。目前,中国17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其它各类模具约占11%。1.2 冲压工艺介绍冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工(或称压力加工),合称锻压。冲压的坯料主要是热轧和冷轧的钢板和钢带。全世界的钢材中,有 60~70%是板材,其中大部分是经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。冲压件与铸件、锻件相比,具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法南昌航空大学科技学院学士学位论文第 4 页难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件,以提高其刚性。由于采用精密模具,工件精度可达微米级,且重复精度高、规格一致,可以冲压出孔、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工,或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲压件,但仍优于铸件、锻件,切削加工量少。冲压是高效的生产方法,采用复合模,尤其是多工位级进模,可在一台压力机上完成多道冲压工序,实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高,劳动条件好,生产成本低,一般每分钟可生产数百件。1.3 冲压工艺的种类冲压主要是按工艺分类,可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁,其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离,同时保证分离断面的质量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的条件下发生塑性变形,制成所需形状和尺寸的工件。在实际生产中,常常是多种工序综合应用于一个工件。冲裁、弯曲、剪切、拉深、胀形、旋压、矫正是几种主要的冲压工艺。 冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大,要求冲压材料厚度精确、均匀;表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等;屈服强度均匀,无明显方向性;均匀延伸率高;屈强比低;加工硬化性低。 在实际生产中,常用与冲压过程近似的工艺性试验,如拉深性能试验、胀形性能试验等检验材料的冲压性能,以保证成品质量和高的合格率。模具的精度和结构直接影响冲压件的成形和精度。模具制造成本和寿命则是影响冲压件成本和质量的重要因素。模具设计和制造需要较多的时间,这就延长了新冲压件的生产准备时间。模座、模架、导向件的标准化和发展简易模具(供小批量生产)、复合模、多工位级进模(供大量生产),以及研制快速换模装置,可减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间,能使适用于减少冲压生产准备工作量和缩短准备时间,能使适用于大批量生产的先进冲压技术合理地应用于小批量多品种生产。冲压设备除了厚板用水压机成形外,一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心,配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置,并利用计算机程序控制,可组成高生产率的自动冲压生产线。在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下,在短暂时间内完成送料、冲压、南昌航空大学科技学院学士学位论文第 5 页出件、排废料等工序,常常发生人身、设备和质量事故。因此,冲压中的安全生产是一个非常重要的问题。 1.4 冲压行业阻力和障碍与突破 阻力一:机械化、自动化程度低美国 680 条冲压线中有 70%为多工位压力机,日本国内 250 条生产线有 32%为多工位压力机,而这种代表当今国际水平的大型多工位压力机在我国的应用却为数不多;中小企业设备普遍较落后,耗能耗材高,环境污染严重;封头成形设备简陋,手工操作比重大;精冲机价格昂贵,是普通压力机的 5~10 倍,多数企业无力投资阻碍了精冲技术在我国的推广应用;液压成形,尤其是内高压成形,设备投资大,国内难以起步。突破点:加速技术改造要改变当前大部分还是手工上下料的落后局面,结合具体情况,采取新工艺,提高机械化、自动化程度。汽车车身覆盖件冲压应向单机连线自动化、机器人冲压生产线,特别是大型多工位压力机方向发展。争取加大投资力度,加速冲压生产线的技术改造,使尽早达到当今国际水平。而随着微电子技术和通讯技术的发展使板材成形装备自动化、柔性化有了技术基础。应加速发展数字化柔性成形技术、液压成形技术、高精度复合化成形技术以及适应新一代轻量化车身结构的型材弯曲成形技术及相关设备。同时改造国内旧设备,使其发挥新的生产能力。阻力二:生产集中度低许多汽车集团大而全,形成封闭内部配套,导致各企业的冲压件种类多,生产集中度低,规模小,易造成低水平的重复建设,难以满足专业化分工生产,市场竞争力弱;摩托车冲压行业面临激烈的市场竞争,处于“优而不胜,劣而不汰”的状态;封头制造企业小而散,集中度仅 39.2%。突破点:走专业化道路迅速改变目前“大而全”、“散乱差”的格局,尽快从汽车集团中把冲压零部件分离出来,按冲压件的大、中、小分门别类,成立几个大型的冲压零部件制造供应中心及几十个小而专的零部件工厂。通过专业化道路,才能把冲压零部件做大做强,成为国际上有竞争实力的冲压零部件供应商。阻力三:冲压板材自给率不足,品种规格不配套南昌航空大学科技学院学士学位论文第 6 页目前,我国汽车薄板只能满足 60%左右,而高档轿车用钢板,如高强度板、合金化镀锌板、超宽板(1650mm 以上)等都依赖进口。突破点:所用的材料应与行业协调发展汽车用钢板的品种应更趋向合理,朝着高强、高耐蚀和各种规格的薄钢板方向发展,并改善冲压性能。铝、镁合金已成为汽车轻量化的理性材料,扩大应用已势在必行。阻力四:科技成果转化慢先进工艺推广慢在我国,许多冲压新技术起步并不晚,有些还达到了国际先进水平,但常常很难形成生产力。先进冲压工艺应用不多,有的仅处于试用阶段,吸收、转化、推广速度慢。技术开发费用投入少,导致企业对先进技术的掌握应用慢,开发创新能力不足,中小企业在这方面的差距更甚。目前,国内企业大部分仍采用传统冲压技术,对下一代轻量化汽车结构和用材所需的成形技术缺少研究与技术储备。突破点:走产、学、研联合之路我国与欧、美、日等相比,存在的最大的差距就是还没有一个产、学研联合体,科研难以做大,成果不能尽快转化为生产力。所以应围绕大型开发和产业化项目,以高校和科研单位为技术支持,企业为应用基地,形成产品、设备、材料、技术的企业联合实体,形成既能开发创新,又能迅速产业化的良性循环。阻力五:大、精模具依赖进口当前,冲压模具的材料、设计、制作均满足不了国内汽车发展的需要,而且标准化程度尚低,大约为 40%~45%,而国际上一般在 70%左右。突破点:提升信息化、标准化水平必须用信息化技术改造模具企业,发展重点在于大力推广 CAD/CAM/CAE 一体化技术,特别是成形过程的计算机模拟分析和优化技术(CAE)。加速我国模具标准化进程,提高精度和互换率。力争 2005 年模具标准件使用覆盖率达到 60%,2010 年达到70%以上基本满足市场需求。 阻力六:专业人才缺乏业内掌握先进设计分析技术和数字化技术的高素质人才远远不能满足冲压行业飞速发展的需要,尤其是摩托车行业中具备冲压知识和技术和技能的专业人才更为缺乏且大量外流。另外,众多合资公司由外方进行工程设计,掌握设计权、投资权,南昌航空大学科技学院学士学位论文第 7 页我方冲压技术人员难以真正掌握冲压工艺的真谛。突破点:提高行业人员素质这是一项迫在眉睫的任务,又是一项长期而系统的任务。振兴我国冲压行业需要大批高水平的科技人才,大批熟悉国内外市场、具有现代管理知识和能力的企业家,大批掌握先进技术、工艺的高级技能人才。要舍得花大力气,有计划、分层次地培养。2 冲裁件的工艺分析本次设计冲压工件如下图:图 2-1 工件图南昌航空大学科技学院学士学位论文第 8 页2.1 工件材料由图1-1分析知:工件材料采用08AL。08AL 是优质碳素结构钢的一种,一般用作冷冲压薄板钢中的 Al 脱氧镇静钢冷轧板,其命名规则类同碳素结构钢,其两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍,即“08”表示钢中平均碳质量分数为0.08%, “A”表示质量等级, “L”为“拉”字的汉语拼音首字母,表示其拉伸性能好。主要力学性能(试件尺寸25mm):正火930℃、σs=185 MPa、σb=325Mpa、σ5/%≥33、硬度(未热处理)131HB。主要用于制造4mm 以下的各种冷冲压构件,如车身、驾驶室、各种仪表及机器外壳等。2.2 工件结构形状工件结构形状相对简单,2 个弯曲,有 2 个异形孔,孔与边缘之间的距离满足要求,料厚为 1.2mm 满足许用壁厚要求(孔与孔之间、孔与边缘之间的壁厚) ,可以冲裁加工。2.3 工件尺寸精度根据零件图上所注尺寸,工件要求不高,尺寸精度要求较低,采用 IT14 级精度,普通冲裁完全可以满足要求。根据以上分析:该零件冲裁工艺性较好,综合评比适宜冲裁加工。2.4 工件展开长度计算中性层的确定由于中性层的长度在弯曲变形前后不变,其长度就是弯曲件坯料展开尺寸的长度。而欲求中性层长度就必须找到其位置,用曲率半径 表示。中性层位置与板料0厚度 t、弯曲半径 r、变薄系数 等因素有关,在实际生产中为了使用方便,通常采用下面的经验公式来确定中性层的位置: 0rxt南昌航空大学科技学院学士学位论文第 9 页式中: ——中性层半径;r——弯曲件内弯半径;0x 为中性层位移系数,其值件下表:表-2r/t 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 1.2x 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0.26 0.28 0.3 0.32 0.33r/t 1.3 1.5 2 2.5 3 4 5 6 7 ≥8x 0.34 0.36 0.38 0.39 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5从弯曲件图可以看到:圆角半径都为 r=2mm,板料厚度 t=1.2mm,查表-2 得x=0.36,则中性层半径为: mxtr632.1 2.160.ρ0=×+2、毛坯展开尺寸的计算由于圆角半径 r>0.5t,所以毛坯展开长度等于弯曲件直线部分长度与弯曲部分中性层展开长度的总和,即 。弯曲件有 2 个弯曲,分别为 L10()18ii iLlrxt和 L2,分别计算为:mL263.π2.863.1×+×==102.45mm.2+=47.12mm所以工件展开长度 L1 取 102.5,L2 取 47.1mm。画出工件展开图如图 1.4:南昌航空大学科技学院学士学位论文第 10 页图 2.4 工件展开图3 冲裁工艺方案的确定方案一:先冲孔,再弯曲,后落料。单工序模生产。方案二:冲孔-弯曲-落料级进冲压。级进模生产。方案三:落料-弯曲-冲孔复合模冲压。复合模生产。表 3-1 各类模具结构及特点比较模具种类比较项目单工序模(无导向) (有导向)级进模 复合模零件公差等级 低 一般 可达 IT13~IT10 级 可达 IT10~IT8 级零件特点尺寸不受限制厚度不受限制中小型尺寸厚度较厚小零件厚度 0.2~6mm可加工复杂零件,如宽度极小的异形件形状与尺寸受模具结构与强度限制,尺寸可以较大,厚度可达 3mm零件平面度 低 一般中小型件不平直,高质量制件需较平由于压料冲件的同时得到了较平,制件平直度好且具有良好的剪切断面生产效率 低 较低工序间自动送料,可以自动排除制件,生产效率高冲件被顶到模具工作表面上,必须手动或机械排除,生产效率较低安全性不安全,需采取安全措施比较安全不安全,需采取安全措施模具制造工作量和成本低比无导向的稍高冲裁简单的零件时,比复合模低冲裁较复杂零件时,比级进模低
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