筒盖的冲压工艺与模具设计论文-本科论文.doc
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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 模具行业发展现状冲压工艺是一种生产效率很高的,可实现少无切屑的先进加工方法。冲压工艺操作简便,便于实现自动化与机械化,适于大批量零件的生产,并且尺寸精度和互换性都较好。所以,在航天航空、汽车、拖拉机、电机电器、精密仪器仪表等工业中占有较为重要的地位,据相关资料统计,仅汽车制造业就有约60%75%的的零件是采用冷冲压工艺加工完成的,在电机及仪表生产中也有60%70%的零件采用冷冲压加工。由此可见,支持和促进冷冲压技术的发展,对国民经济和加速工业化建设,具有十分重要的意义。冲压模具的设计水平和制造精度是保证冲压零件质量的关键,因此,发展冷冲压生产工艺,必须大力发展冲
2、模技术。早在上世纪50年代,美国日本等发达国家就将冲模技术作为一个独立的的产业来发展,并取得的巨大成果。1.2 模具行业发展前景我国模具工业在近20年来发展更是迅速,模具及模具加工设备市场需求潜力巨大,发展前景广阔。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
3、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。并且,精密、先进加工设备在模具加工中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM等先进加工技术的普及率还比较低,许多高精度复杂模具仍主要依赖国外进口。所以,为提高国内模具设计制造水平,提高国际竞争力,必须加快模具技术发展,加大技术及资金投入,加快模具设计制造人才培养步伐。1.3 选题目的与意义(1)通过毕业设计可以了解模具设计制造技术,并巩固加深所学习的理论知识,提高自己综合分析与解决实际问题的能力,为将来的职业发展奠定基础。(2)通过毕业设计认识冲压
4、模具设计的基本过程及所要完成的工作,提高自己查阅相关资料手册、手工绘图及计算机绘图等基本能力。2 冲压工艺方案的确定2.1 设计任务书1.设计要求(1)要求:独立完成给定零件的模具设计,合理选择各组成零件的材料,进一步巩固和提高机械专业设计的理论和技能。根据老师给出的设计任务,能够提出合理的设计方案,培养开发和创新设计的能力。通过手工和计算机绘制装配图和零件图,增强基本的专业制图技能,能够熟练应用计算机进行设计。通过文献资料的检索和阅读,能够提高分析问题和解决问题的能力。(2)数据:依照下图给出的零件图纸参数。图 2.1 零件图料厚: 1.0 0.12mm 材料:10 钢 大批量2.2冲压工艺
5、性分析通过零件图分析,该零件为圆形筒盖类零件,结构简单,对称,冷冲压模具包括落料、冲孔、拉深、翻边等工序。在拉深过程中要注意控制拉深程度,加工时,根据零件的结构,形状等一些技术要求,应考虑以下几点:(1)拉深件圆角半径:拉深件的圆角半径要适合,应尽量大些,以便于成形和减少拉深次数,避免在拉深过程中出现失稳现象即拉裂。拉深件底与壁的圆角半径应满足rt(t为材料厚度)。而在此设计中圆角半径r=3t=1,故满足设计要求。(2)考虑拉深件厚度不均匀的现象:在拉深过程中,零件壁厚会有一定不均匀的现象,因此需考虑修边,并合理增加修边余量。(3)根据生产批量和条件(冲压加工条件和模具制造条件)确定工序组合。
6、生产批量大时,冲压工序应尽可能组合在一起,用复合模具;小批量生产用单工序简单模。由于圆筒冲压成形需要的多道工序完成,因此选择合理的成形工艺方案十分重要,考虑到生产批量大,应在生产合格零件的基础上尽量提高生产效率,降低生产成本。要提高生产成本,应该尽量选择合理的工艺方案,选择复合能复合的工序,但复合程度太高,模具的结构复杂,安装调试困难,模具成本高,同时可能降低模具的强度,缩短模具寿命。2.3 工序组合方案确定2.3.1 工序组合要求根据零件形状确定冲压工序类型和选择工序顺序,冲压该零件需要的基本工序有落料、拉深、冲孔、翻边、切边。工序组合需按照以下原则:(1)对冲带孔的或有缺口的冲裁件,如选用
7、简单模,一般先落料,再冲孔或切口;(2)对于有孔的拉深件,一般先拉深,后冲孔,但孔的位置在零件底部且孔径尺寸要求不高时,也可先冲孔后拉深;(3)对于形状复杂的拉深件,为便于材料变形和流动,应先形成内部形状,再拉深外部形状;(4)整形修边工序,应在冲压件成型以后进行。2.3.2工序的组合方案及比较通过以上分析共得出以下三种工序组合方案方案一:落料冲孔拉深翻边切边;方案二:落料与拉深复合冲孔、翻边复合切边;方案三:落料、拉深、冲孔、翻边、切边五道工序复合; 方案对比分析:方案一:复合程度较低,模具结构简单,安装、调试容易,但生产工序多,效率低,不适合大批量生产,同时,需要多套模具,零件在各个工序中
8、的累积误差增大,故很少使用;方案二:将落料与拉深,冲孔、翻边与切边进行复合,工序减少,生产效率较高,同时模具的复杂程度增加;方案三:模具的复合程度高,效率也较大提高,适于大批量生产。但模具结构较复杂,安装、调试难于控制,同时模具强度较低。根据以上三个冲压工艺方案的比较,三种冲压工艺方案各有其优点和缺点,为了提高生产率,确保模具有足够的强度,保证冲压件尺寸稳定以及冲件的精度,在综合考虑生产效率与模具制造难易程度的情况下,在此设计中选择方案二进行筒盖的冲制。3落料拉深模的设计3.1模具总体设计如前所述,模具设计包括模具结构形式的选择和设计,模具结构参数计算,模具图的绘制等内容。现对落料、拉深复合模
9、设计步骤如下:根据已确定的工艺方案,分析可知模具结构可采用前后送料,挡料销定距,导料板定位,固定卸料装置卸料,弹性压边圈压边的倒装式拉深模,模具结构形式可采用中间导柱标准模架。模具装配图如图 4.1所示图 3.1 落料拉深模1下模座 2导柱 3、8、12、15螺钉 4落料凹模 5推杆 6导料板 7卸料板 9导套 10上模座 11、20、22销钉 13打料杆 14模柄 16垫板 17打料块 18凸凹模 19拉深凸模 21压边圈 24双头螺柱 23、27推件板 26弹簧 28 螺母如图3.1所示,送料时条料沿两个导料板6进行导料,由挡料销定距。开始工作时,首先由凹模4和凸凹模18完成落料,紧接着由
10、凸模19和凸凹模进行拉深成型。在回程时由打料块 17将工件从凸凹模内推出。该模具采用了中间导柱模架进行导向,这是为了保证均匀的冲裁间隙,提高模具的刃模寿命,并使模具的调试简单化。落料、拉深复合模比单工序模可提高生产率,但模具较复杂,装配难度也较大。由于计算的拉深件的毛坯尺寸不一定准确,常需经试模修正,因此应在拉深件毛坯经单工序模生产验证合格之后,为了提高生产率,才设计落料、拉深复合模。在变形程度允许的条件下,可适当加大毛坯尺寸,以提高模具的可靠性。3.2冲压工艺及算3.2.1 落料尺寸计算拉深时,虽然拉深件各部分的厚度发生了一些变化,但如果采取适当的工艺措施,厚度变化量并不太大,因此,设计过程
11、中可以不考虑毛坯厚度变化。由于金属在拉深过程中体积不变,在计算拉伸件的毛坯展开尺寸时,可以认为在变形前后的毛坯和拉深件的表面积相等。由文献1冲压工艺与模具设计实用技术手册292页表5-8得毛坯尺寸按公式为D0= (3.1)其中,D0毛坯直径; 底部直径; 圆筒上部直径(按材料壁厚中心计算); f锥形部分长度; 直壁部分高度。 经计算得 D0=119.28mm根据零件拉深高度及相对高度查表得,修边余量=1.2mm为便于计算,取落料尺寸为D=122mm。3.2.2确定排样方案冲裁件在板料、条料或带料上的布置方法称为排样。排样是否合理,直接影响到材料的利用率、零件质量、生产率、模具结构与寿命及生产操
12、作方式与安全。因此,在冲压工艺和模具设计中,排样是一项极为重要的、技术性很强的工作。加工此零件为大批大量生产,冲压件的材料费用约占总成本的60%80%之多。因此,材料利用率每提高1%,则可以使冲件的成本降低0.4%0.5%。在冲压工作中,节约金属和减少废料具有非常重要的意义,特别是在大批量的生产中,较好的确定冲件的形状尺寸和合理的排样的降低成本的有效措施之一。由于材料的经济利用直接决定于冲压件的制造方法和排样方式,所以在冲压生产中,可以按工件在板料上排样的合理程度即冲制某一工件的有用面积与所用板料的总面积的百分比来作为衡量排样合理性的指标。同时属于工艺废料的搭边对冲压工艺也有很大的作用。通常,
13、搭边的作用是为了补充送料是的定位误差,防止由于条料的宽度误差、送料时的步距误差以及送料歪斜误差等原因而冲出残缺的废品,从而确保冲件的切口表面质量,冲制出合格的工件。同时,搭边还使条料保持有一定的刚度,保证条料的顺利行进,提高了生产率。搭边值得大小要合理选取。(1)搭边值选择由零件尺寸查手册得 进距方向a=0.8mm 搭边值为=1mmm于是 进距h=D+a=122+0.8=122.8mm 条料宽度b=D+=122+21=124mm排样图如图3.1所示图3.2 排样图查文献3模具设计与制造手册12页板料规格表,拟用1mm500mm1000mm冷轧钢板。 裁板条数 n1= =4 条 余17mm 每条
14、个数 n2=8条 余22mm每板总个数 n=n1 n2=48=32(2)材料利用率的计算 依据文献1(P203,冲压工艺与模具设计实用手册)材料利用率为 (3.2) 3.2.3 计算拉深次数在考虑拉深的变形程度时,必需保证使毛坯在变形过程中的应力既不超过材料的变形极限,同时还能充分利用材料的塑性。也就是说,对于每道拉深工序,应在毛坯侧壁强度允许的条件下,采用最大的变形程度,即极限变形程度。极限拉深系数值可以用理论计算的方法确定。即使得在传力区的最大拉应力与在危险断面上的抗拉强度相等,便可求出最小拉深系数的理论值,此值即为极限拉深系数。但在实际生产过程中,极限拉深系数值一般是在一定的拉深条件下用
15、实验的方法得出的,我们可以通过查表来取值。该工件的一个拉深过程分为锥形变形区与圆筒形变形区边个部分(1)无凸缘圆筒形部分的拉深次数毛坯相对厚度=0.838实际拉深系数m=0.75由此查参考文献1中表4.11可得拉深极限系数m=0.55。由此可知,这部分可以一次拉成。(2)锥形部分的拉深次数由文献1冲压工艺与模具设计实用技术手册138页可知,相对厚度=1.10.02,=0.560.5,=0.11,不满足上式,因此采用凸凹模配作的方式加工凸凹模。计算得: =(122-0.5 =(121.mm = =mm(2)拉深凸、凹模刃口的尺寸及公差的计算 零件图标注的为内径尺寸,所以应按以下公式计算 (3.9
16、) (3.10)以上各式中,查表可知分别为+0.08、-0.05。间隙C查文献1(表210,)有 =(3.11)式中,为最大板料厚度,k为间隙系数。查表得,k=0.1所以mm带入上式计算得:mmmm3.3模具的闭合高度根据以上落料、拉深复合模结构图可知,模具的闭合高度hm为: Hm=下模板厚度(50)+上模板厚度(45)+垫板厚度(10)+凸凹模长度(70)+凸模高度(68)+固定板(20)-凸凹模进人凹模的深度(30) Hm =45+50+10+70+68+20-30=233mm查所选设备的参数;压力机的最大的闭合高度为250mm,最小闭合高度为200 mm,则模具的装模高度应该满足下式要求
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