散热器左侧板冲压模具设计—-毕业论文设计.doc

济南大学泉城学院毕业设计1 前言冲压是生产中应用相当广泛的一种加工方法，但冲压加工必须制备相应的模具，而模具是技术精密型产品，起制造属单间小批量生产，具有加工难、精度高、技术含量高、生产成本高的特点。所以，只有在冲压零件大批量生产的情况下，冲压加工的优点才能充分显现出来。当前我国模具工业发展迅速，模具技术是先进制造技术的重要代表，模具工业已成为高薪技术产业的一个重要组成部分。1.1国内外研究现状: 目前，一些工业先进国家，都拥有世界水平的冲压公司和冲压技术。而板料冲压的出现要比它晚10 年左右的时间。在板材冲压成形中经历了三次大的革命性进程，1849 年出现的手动曲柄式压力机是薄板成形的第一块里程碑，它标志着机械式薄板成形的开始。1879 年Adamso 研究开发碳钢和铁的机械性能，并提出了扩孔试验的单拉伸试验，随后各种成形工艺及模拟试验相继出现，薄板成形从手工作坊走向工厂，大多数手工工具被大型模具及机器所取代，劳动生产率得到了空前的提高。其特点决定的在国民经济的加工工业中占有重要的地位，根据统计，冲压件在各个行业中均占有相当大的比重，尤其在汽车、电机、仪表、军工、家用电器等方面所占比例更大。近几年来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力， 在模具CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。模具作为“工业之母”，目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。我国模具发展到今天，已趋向成熟，目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但从技术质量上讲与国际水准还有一定的差距，其差距主要体现在国内模具制造随意、粗糙、无精密度等。很大程度上制约了现代制造业的创新和发展1。1.2未来发展趋势模具制造产业是制造产业之一，而制造产业标志着一个国家的综合国力及技术水平。因此大力发展模具制造产业是国家经济建设中所必须计划到的。模具技术未来发展趋势主要是朝信息化、高速化与高精度化发展。因此从设计技术来说，发展重点在于大力推广CAD/CAE/CAM技术的应用，并持续提高其集成化程度和效率，特别是板材成型过程的计算机模拟分析技术。随着外资企业迅速地进入，先进工业发达国家的许多技术本地化，冲压模具正向高效、精密、长寿命、大型化方向发展。相信我国冲压技术、冲压模具在未来几年里会在冲压工基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺级设备、材料等方面取得突破性的进展。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国内也能生产了。精度达到12m，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 Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。为了提高冲压模具的寿命，模具表面的各种强化超硬处理等技术也是发展重点。对于模具数字化制造、系统集成、逆向工程、快速原型/模具制造及计算机辅助应用技术等方面形成全方位解决方案，提供模具开发与工程服务，全面提高企业水平和模具质量，这更是冲压模具技术发展的重点。2 冲压件工艺性分析2.1冲压件工艺性冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲压工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工较易、寿命较高、操作方便及产品质量稳定等要求2。根据设计题目的要求可知，汽车散热器左侧板如图2所示，该冲压件的材料08钢，板厚为2.5mm，适合大批量生产。通过上述工艺分析，可以看出该零件为普通的厚板弯曲件，尺寸精度要求不高，主要是轮廓成型问题，又属大量生产，因此可以用冲压方法生产。2.2 冲压件结构的工艺性散热器左侧板是采用08钢材料制成，最大公差为0.5，对精度的要求较低，又属于大量生产，该板厚2.5mm。2.2.1冲压件的精度和粗糙度（1）冲压件是08钢材料制成对精度要求较低，并大量生产。（2）冲压件对粗糙度的要求也较低。2.2.2冲压件确定毛坯尺寸该零件的毛坯展开图如下，由圆角半径r=0.50.5t=1.25mm;板料厚度t=2.5mm可按L1=a+b+c+0.6t （2.1）a=26mm,b=72mm,c=79mm,t=2.5mm。 将数值代入上式得L1=186mm。同理可得L2=490mm。3冲压件工艺方案的制定3.1 冲压件的工艺方案的分析从技术要求和使用条件来看，零件的精度要求一般，适合冲压生产。其工件最小圆角半径5mm符合最小圆角半径要求，工件的冲压精度和粗糙度都要求不高，符合冲裁要求3。该件加工时需要先落料、冲孔，后弯曲，再压强筋。因此在计算坯料及预冲孔尺寸时要准确，以便保证弯曲、冲孔的尺寸，且不能起皱、破裂。冲压该零件，需要的基本工序：（a） 落料（b） 冲孔（c） 弯曲（d） 压强筋根据以上这些工序，可以做出下列各种合理的组合方案。方案一：落料冲孔弯曲冲压强筋方案二：落料弯曲冲压强筋冲孔方案三：落料冲孔复合弯曲冲压强筋方案二：落料冲孔复合弯曲冲压强筋方案一：按照基本工序的冲压工艺工序都只使用简单模具，结构简单，但由于工序多，增加模具数量，成本增加，而且会增长产品的加工周期。方案二：将冲孔放到最后，造成弯曲时难以定位，冲孔精度也有所降低。方案三：采用复合模落料冲孔，省工省时，大大提高了生产效率，减少设备和模具及操作人员，降低成本。综合上述三种方案，选择方案三。3.2 确定冲压工序图（1） 落料冲孔后的毛坯（2） 弯曲之得到的毛坯（3） 压强筋后得到的零件4落料、冲孔复合模的设计此工序采用复合模结构，可以实现两道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，降低了生产费用，符合大批量的要求。落料、冲孔复合模结构比较简单，此复合模的结构形式采用顺装形式，冲压零件由推件装置推出5。复合模是在压力机的一次行程内，在模具的一个工位上完成二道或二道以上的冲压工序的模具，是一种多工序的冲压模。复合模与单工序模相比，主要优点是生产效率高和冲压件精度高，适于冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料。落料、冲孔复合模是日常生产中常用一种复合模形式。此工序采用复合模结构，可以实现两道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，降低了生产费用，符合大批量的要求。落料、冲孔复合模结构比较简单，此复合模的结构形式采用顺装形式，冲压零件由推件装置推出。4.1 计算相关冲压工艺4.1.1排样方法由于毛坯形状和尺寸较大，为便于手工送料，选用单排冲压。4.1.2材料利用率查搭边值表，确定搭边值。当t=2.5mm时，查表a=2.0,a1=1.8对于08钢a=1.8 a1=1.62 一个进距的材料利用率 =×100% （4.1） 其中 A冲裁件的面积； n一个进距内冲裁件的数目； b条料宽度； h进距；所以=98.07%4.2冲压工艺参数的计算4.2.1 冲件的力的计算（1）落料冲裁力 （4.2）式中 L冲裁件周长（mm）； t 材料的厚度（mm）； 材料抗剪强度（MPa）。将加固板毛坯周长L=1352mm，厚度t=2.5mm，以及08钢材料的抗剪强度 =260Mpa，代入上式，得 =1.3×1352×2.5×260=1142440N （2）冲孔冲裁力P=KL （4.3） L=219mm所以 P= KL=1.3×219×2.5×260=185.055(kN)4.2.2 模具刃口尺寸的计算因为零件轮廓形状复杂，故采用冲孔分开加工、落料配合加工的方法。落料部分以落料凹模为基准计算，落料凸模按间隙值配制；冲孔部分以冲孔凸模为基准计算，冲孔凹模按间隙值配制。即以落料凹模、冲孔凸模为基准计算凸凹模按间隙值配制。因为零件尺寸公差为IT12级，可查公差表确定各尺寸公差。（1） 落料凸、凹模刃口尺寸为保证间隙值；p+dZmax一Zmin或p=0.4（Zmax一Zmin） d =0.6（Zmax一Zmin）根据凸凹模的制造公差表查得凸凹模的制造公差为0.5： 凸模p=0.040mm 凹模d=0.060mm由于零件为圆形且比较简单，所以凸凹模可以分开加工，公差为0.5mm，精度要求不高。落料凹模的尺寸： （4.4） Dd1=（490一0.5）mm =489.5mm Dd2=（186一0.5）mm =185.5mm 落料凸模的尺寸： Dp1=（489-0.225） =489.275mm Dp1=（185.5-0.225） =185.275mm （2） 冲孔凸、凹模刃口尺寸冲孔尺寸为(mm) (mm) (mm) (mm)时的凸凹模刃口尺寸为=(mm) (mm) =(mm) (mm) =(mm) (mm) =(mm) (mm) 4.3落料冲孔主要零件的计算4.3.1 落料凹模(1) 厚度H 凹模厚度H可根据凹模厚度与冲裁力之间的关系式来计算5。 （4.5）式中 H凹模厚度(mm)F冲裁力(N)因为P=1142.440kN，所以取H=48.5mm。(2)长度L和宽度B凹模长 L=489.5+2×48.5=586.5(mm) 凹模宽 B=185.5+2×48.5=282.5(mm) L×B×H=586.5×282.5×48.5(mm) 将上述尺寸改为600×300×50mm。(3) 凹模的刃壁形式因为此复合模具结构简单，废料是逆冲压方向被推出的，选择凹模的刃壁形式为序号6的形式5。4.3.2冲孔凸模计算(1) 圆形凸模因为每个凸模的直径都大于板料的厚度2.5mm，因此凸模强度按下式核算： （4.6）式中 冲件材料厚度(mm)，在此取2.5mm；凸模或冲孔直径(mm)，在此取10mm；冲件材料抗剪强度(MPa)，在此取=260 MPa；凸模刃口接触应力(MPa)；凸模材料许用压应力，对于常用的合金模具钢，可取18002200 MPa。因此所以凸模强度符合要求。凸模在中心轴向压力的作用下，保持稳定的最大长度与导向方式有关。带卸料板导向的凸模最大允许长度按下式计算： （4.7）式中 E凸模材料弹性模量，对于钢材可取E=210000Mpa；d凸模直径。所以223.096(mm)(2) 异形凸模因为凸模端面宽度B=13mm大于冲件材料厚度t=2.5mm，则刃口接触应力应按下式计算 （4.8） 式中 L冲件轮廓周长(mm)，在此L=2×25+13-13×2=64.84mm；冲件材料厚度(mm)，在此t=0.8mm；冲件材料抗剪强度(MPa)，查表7.15知此材料=304373MPa，在此取=350 MPa；接触面积(mm)，取接触宽度为，即 ( mm) 凸模刃口接触应力(MPa)；凸模材料许用压应力，对于常用的合金模具钢，可取18002200 MPa。因此 （4.9）所以此凸模强度符合要求。(3) 凸模的结构形式根据此设计中的几个凸模形状的分析，对于圆形凸模采用凸模与固定板紧配合。对于异形凸模，因为其宽度比较小，而其受力平稳，因此也采用同上的固定形式。4.4垫板的设计因为此套模具冲压力，为了减小压强，保护模座，需要使用垫板，选择垫板的高度为10mm6.4.5凸模固定板的设计凸模固定板的外形尺寸一般情况下与凹模的尺寸相同。凸模固定板的厚度：根据经验公式 Ht=(0.60.8)Ha=(0.60.8)×48.5=(2440)mm （4.10）此处应取40mm。4.6模具材料的选用凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣的情况。所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。选用模具材料的原则，做到在满足使用的条件下成本最低：(1). 根据冲压零件生产批量的大小；(2). 根据冲压材料的性质，工序中种类冲模零件的工作条件和作用；(3). 考虑模具材料的生产和供应情况。结合上述原则，由表7.94推荐材料有：a. 凸模，凹模，凸凹模均采用9Mn2V；b. 导柱，导套采用20 钢；c. 挡料销，定位销，固定板，凸模固定板采用45 钢；d. 卸料板，顶件板采用Q235钢；e. 上、下模座采用HT250。部分模具材料要进行热处理，目的是为了消除机械加工应力和降低电火花加工层的硬度，以利于修磨。5弯曲模的设计弯曲工艺设计主要包括弯曲件工艺性分析和弯曲工序安排两方面的内容。具有良好工艺性的弯曲件，同时采用合理的工序安排，不仅能 提高弯曲件的质量，减少废品率，而且能简化工艺和模具，降低生产成本。(1)弯曲件的弯曲半径不宜过大或过小。过大因受回弹影响，弯曲件的精度不易保证；过小则会产生弯裂。一般要求r/t>rmin/t。(2)弯曲件的直边h不宜过小，一般h>R+2t。直边过小时，弯曲成形时在模具上的支持产度过小，不易形成足够的弯矩，很难得到精确形状的制件。如果坯料上带孔，且位于弯曲变形区内，则在弯曲变形时孔的形状会发生畸变。因此，孔边到弯曲半径中心的距离L要保证当t2时，Lt；当t2时，L2t。如果孔边距过小，可在弯曲线上冲工艺槽7。5.1弯曲模结构形式5.1.1结构形式弯曲模结构采用带压边圈的顺装结构，采用通用装置。5.1.2模具结构特点及工作形式这种弯曲模具结构简单，使用方便，制造容易。工作时将毛坯放到弯曲凹模上定位，上模下降，弹性压边圈将工件压住，然后凸模对工件进行弯曲。弯曲结束时上模回升，并由推件板把工件从凹模中推出。凸模上必须开设排气孔，以防止弯曲件紧吸在凸模上造成卸件困难。5.2弯曲的工艺计算5.2.1弯曲系数与弯曲次数的确定（1） 弯曲系数的确定工件总的弯曲系数： （5.1） 所以 （2） 弯曲次数的确定毛坯的相对厚度 （5.2）查无凸缘圆筒形件的弯曲系数表3得首次弯曲的极限弯曲系数 =0.53。所以 工件可以一次弯曲成形。（3） 压边圈的确定利用公式 判断是否利用压边圈。所以 而 故需加压边圈。5.2.2弯曲力的计算弯曲所需的压力： （5.3） （5.4） （5.5）式中 弯曲力，N； 压边力，N； d圆筒件的第一次工序直径，mm，d=43mm； t 材料的厚度，mm，t=1mm； 材料的抗拉强度，Mpa, =420Mpa； 修正系数，一般取0.50.8，t/D与m值小时，k取较大值； A 有效压边面积，； P 单位压边力，Mpa，取p=2.5Mpa；所以 5.2.3压力机的选择 初步选择压力机的公称压力为250 KN，最大封闭高度270mm，最小封闭高度为215mm，初选压力机J23-25。5.3弯曲模主要零件的设计5.3.1凸、凹模间隙的计算弯曲间隙是指单边间隙，即（）。间隙过小会增加摩擦力，使弯曲件容易拉裂，且易擦伤制件的表面，降低模具的寿命。间隙过大则对毛坯的校直作用小，影响制件的尺寸精度。因此，确定间隙的原则是，既要考虑板料厚度的公差，又要考虑筒形件口部的增厚现象，根据弯曲时是否采用压边圈和制件的尺寸精度、表面粗糙度要求合理确定8。此件弯曲模采用压边装置，经工艺计算一次就能弯曲成形，故间隙为：5.3.2凸、凹模工作部分尺寸的计算对于制件一次弯曲成形的弯曲模来说，其凸模和凹模的尺寸及公差应按制件的要求确定。此工件要求是外形尺寸，设计凸、凹模时，应以凹模尺寸为基准进行计算：（1） 凹模尺寸根据圆形弯曲模凸、凹模的制造公差表2查得拉深凸、凹模的制造公差：零件的公差等级为IT12，制造公差为0.46mm。弯曲凹模的刃口尺寸： （5.6）式中 弯曲件外形的最大尺寸； 工件的制造公差； 弯曲模的双面间隙；所以 D p=120(mm) （2） 凸模尺寸弯曲凸模的刃口尺寸 （5.7） 式中 弯曲件外形的最大尺寸； 工件的制造公差； 弯曲模的双面间隙；所以 =108（mm）5.3.3固定板的设计固定板的外形通常为矩形或圆形，厚度为20mm，平面尺寸应与相应的整体凹模尺寸一致。5.3.4凸模长度的设计凸模长度L应根据模具的结构确定。采用弹压卸料板时； （5.8）式中 弹簧的长度； 卸料板的厚度； 附加长度；所以 Hi=220mm5.3.5凹模的设计弯曲凹模的深度和厚度根据零件的结构确定，要满足最小壁厚的要求，取此凹模的深度 H=90(mm)；凹模的厚度 。5.3.6模座的设计根据凹模的尺寸，查得标准的上下模座，选择中间导柱模座，适用于横向送料和由单个毛坯冲制的较精密的冲压件。查模架标准结构表2，得上模座的尺寸为，下模座的尺寸。5.3.7模具闭合高度的确定冲模闭合高度： =254mm 式中 压力机最大闭合高度，=270mm； 压力机最小闭合高度，=215mm；所以 设定模具的闭合高度为254mm。5.3.8模柄的选择根据所选压力机的模柄孔d=100mm，根据标准件表，查得相应标准的模柄，选用带螺纹的旋入式模柄。与上模连接后，为防止松动，拧入防转螺钉紧固9。5.3.9导柱、导套的选择根据标准件表，选用标准的导柱d=32mm、导套D=48mm。5.3.10弯曲模具图根据以上的分析和计算，则最终设计的模具图如下6压强筋的设计6.1坯料胀形毛坯尺寸的计算6.1.1毛坯直径的计算胀形件的毛坯直径可以根据极限胀形系数Kmin来确定，其计算公式为 (6.1)由查表得Kmin=1.24mm，=380mm。 代入公式得=306.45mm。6.1.2毛坯长度的计算胀形变形区毛坯长度按式（6.2）计算10 L=L1+（1+C）+B （6.2） 式中L胀形变形区的长度，mm； L1零件胀形变形区母线长度，mm； 零件胀形变形区的切向最大伸长率； C考虑切向伸长而引起的高度缩小的影响系数，一般取C=0.3; B修边余量，如果后续有切边工序，通常增加B为5mm到15mm的余量。 代入公式得L=18.3mm.6.2胀形力的计算6.2.1平板胀形力的计算压制加强筋所需的力的近视公式（6.3）计算 F=LtbK （6.3）式中F压制加强筋时所需的力，N；L加强筋长度，mm；t板厚，mm；b材料抗拉强度，Mpa；K系数，一般取0.7mm到1.0mm，与筋的宽度及深度有关，筋窄而深时取大值，筋宽而浅时取小值11。 代入公式得F=6240N。6.2.2局部胀形模具设计局部胀形模具的结构比较简单，其凹凸模设计可采用凸模上部宽度b1和凸模高度hp,分别取零件上凸筋的上口高度和宽度；凹模深度h=（0.5-2）+hp;凸模凹模圆角半径rp,rd等于零件上的r值12。胀形模的凹模一般采用钢，铸铁，锌基合金等材料制成，其结构有整体式和分块式两类。整体式凹模工作承受压力较大，必须有足够的强度。增加凹模强度的方法是采用加强筋，也可以在凹模外面套上模套，凹模和模套间采用过盈配合构成预应力组合凹模，这比单纯增加凹模厚度更有效13。 分块式胀形凹模必须根据胀形零件的形状合理选择分模面，分块数应尽量少。在模具闭合状态下，分模面应紧密贴合，形成完整的凹模型腔。在拼缝处不应有间隙或不平。分模块用整体模套固紧并采用圆锥面配合，其锥角应小于自锁角，一般取5度到十度，为防止模块之间的错位，模块之间应有定位销连接14。7结 论此次散热器左侧板冲压模具设计，采用三套模具完成整个制造的过程，在模具的设计过程中，第一套模具采用的是落料冲孔复合模。该套模具的选择，暂用了较多的时间，在查阅资料的过程中我发现将落料冲孔放在一块的话，可能会影响加工精度，但若将冲孔放在后面来做的话，又会影响弯曲时的定位。本来我决定做单工序模的，但由于模具过程相对较复杂，做成复合膜的话能省工省时，大大提高了生产效率，减少设备和模具及操作人员，降低成本。所以最终我还是选择做成复合模具来挑战一下自己。其次我发现在模具设计的过程中。对模具凸凹模的选择是一套模具的核心问题，恰当的选择了凸模或者凹模，然后根据凹凸的尺寸来确定垫圈，导套，及模座的尺寸，从而完成每套模具的设计。最后我发现我对模具行业的了解虽然不多，却对其产生了浓厚的兴趣，在以后的学习工作中，我会争强自己对模具行业的了解15。参 考 文 献【1】 欧阳波仪.现代冷冲模设计基础实例.化学工业出版社.2006.5【2】编写组编著.冲模设计手册.北京：机械工业出版社，1999【3】编委会编.现代模具技术.汽车覆盖件模具设计与制造.北京：国防工业出版社，1999【4】 严寿康主编.冲压工艺及模具设计.北京：国防工业出版社，1993【5】 江维健,林玉琼,徐华昌 编.华南理工大学出版社.2005,7【6】 王秀风,万良辉 主编.冷冲压模具设计与制造.北京航空航天大学出版社.2005,4【7】 常春.汽车纵梁成形模具设计.模具工业.1998年第9期【8】杨太德. 支架冲压工艺与模具设计. 锻压技术. 2007年10月【9】陈亮.陈军高强度钢板拉深模具结构有限元分析与试验研究. 塑性工程学报. 2008,4【10】刘松江,秦胜利 固定板冲压工艺及成形模具设计. 压力加工. 1994【11】欧阳波仪.电脑机箱侧盖冲压工艺及模具设计. 冲模技术. 2007年第7期【12】王冬成. 汽车地板冲压工艺及模具设计. 模具工业. 1998年第10期【13】程迎潮，刘罡，范国辉.国内外轿车覆盖件冲压模具设计概况. 锻压装备与制造技术. 2004年第4期【14】GEORGE-CHRISTOPHER VOSNIAKOS. Logic programming for process planning in the domain of sheet metal forming with progressive dies. Journal of Intelligent Manufacturing. 16, 479497, 2005【15】WANG Guoxian1 , ZHANGWenzu2. An Integration Framework for Digital Progressive DieDesign and Manufacturing. china academic journal electronic publishing house. 2007.5- 22 -