吊耳加强板的冲压与冲模设计汇总.doc
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1、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42 工件的工艺分析72.1 工件材料72.2 工件结构形状72.3 工件尺寸精度72.4 工件展开长度计算83 工艺方案的确定114 模具结构形式的确定135 模具总体设计145.1 模具类型的选择145.2 操作方式145.3 卸料、出件方式145.4 确定导向方式146 模具设计计算156.1 弯曲力的计算156.2 顶件力的计算 156.3 压力中心的确定166.4 模具工作部分零件尺寸计算167 主要零部件设计207.1 工作零部件的结构设计208 校核
2、模具闭合高度及压力机有关参数258.1 校核模具闭合高度258.2 冲压设备的选定259 设计并绘制模具总装图及选取标准件2710 模具的安装调试2810.1 模具的安装调试28结论 29参考文献 30致谢 311 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
3、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
4、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6070%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难于制造的带有加
5、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
6、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
7、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
8、间内完成送料、冲压、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510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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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,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
14、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2.1 工件材料 由图1-1分析知:35号钢为优质碳素结构钢,具有良好的塑性性、焊接性以及压力加工性,主要用于制作冲击件、紧固件,如垫片、垫圈等。适合冲裁加工。2.2 工件结构形状本设计只考虑成形工艺,工件材料35号钢,有良好的塑性,工件结构形状相对简单,一个非圆形的小的拉深,所以适合冲压加工。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
15、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: 式中:中性层半径;r弯曲件内弯半径;x为中性层位移系数,其值件下表:表-2r/t0.10.20.30.40.50.60.70.811.2x0.210.220.230.240.250.260.280.30.410.33r/t1.31.522.5345678x0.340.360.380.390.40.420.440.460.480.5从弯曲件图可以看到:圆角半径都
16、为r=2mm,板料厚度t=2mm,查表-2得x=0.41,则中性层半径为:2. 毛坯展开尺寸的计算由于本次设计工件为非圆形件,对于非圆形件,我们把它的展开分为2部分,分开计算,直线部分按弯曲计算处理,圆弧部分按拉深展开计算,本次设计中,圆弧部分半径R=10mm,我们按筒形件拉深处理,交接采取均匀过渡到原则。坯料展开计算方法如下:对于5个圆弧部分,我们将它按照高度为5mm,圆角为半径为2mm,底部直径为20mm的圆筒形拉深处理。如图所示: 图2-2 圆筒形拉深展开则圆弧部分展开后的半径差为: =5.393mm再对5段直壁部分尽享弯曲展开计算,均按照90度弯曲处理,如图所示:图2-3 弯曲展开 圆
17、弧部分展开长度L2为: mm 由于拉深较短,使得圆弧展开和直角展开后轮廓非常接近,差值仅为,所以轮廓展开时可以忽略这个差值,可以按零件的外轮廓均匀的偏移1.427mm,展开尺寸如图所示:图2-4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-拉深-冲孔复合模冲压。复合模生产。表2-1 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IT13IT10级可达IT10IT8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0.26mm可加工复
18、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,比级进模低适用场合料厚精度要求低的小批量冲件的生产大批量小型冲压件的生产形状复杂,精度要求较高,平直度要求高的中小型制件的大批量生产根据分析结合表分
19、析:方案一模具结构简单,制造周期短,制造简单,但需要两副模具,成本高而生产效率低,难以满足大批量生产的要求。方案二只需一副模具,生产效率高,操作方便,精度也能满足要求,模具制造工作量和成本比较高。适合大批量生产。方案三只需一副模具,制件精度和生产效率都较高,且工件最小壁厚大于凸凹模许用最小壁厚模具强度也能满足要求。冲裁件的内孔与边缘的相对位置精度较高,板料的定位精度比方案三低,模具轮廓尺寸较小。通过对上述三种方案的分析比较,该工件的冲压生产采用方案一为佳。由于本设计只讨论拉深工艺和拉深模具的设计,所以使用一套单工序的拉深模具进行生产即可。4.模具结构形式的确定本设计使用单工序拉深模,工件拉深后
20、有回弹,会卡在凹模内,所以需要有顶件机构,我们设计2个的顶杆和一个推件块对卡在凹模内的工件进行顶出。本次设计采用2个挡件块和一个定位销对工件进行定位,具体分布形式见装配图。5.模具总体设计5.1 模具类型的选择由冲压工艺分析可知,采用拉深模方式冲压,所以模具类型为单工序模。5.2 操作方式零件的生产批量为大批量/年,但合理安排生产可用手动送料方式,既能满足生产要求,又可以降低生产成本,提高经济效益。5.3 出件方式因采用拉深模生产,故采用向上顶出工件件。工件采用顶杆进行顶出。5.4 确定导向方式方案一:采用对角导柱模架。由于导柱安装在模具压力中心对称的对角线上,所以上模座在导柱上滑动平稳。常用
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