毕业设计-底盖的冲压工艺及模具设计论文.doc
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1、济南大学毕业设计第一章 前 言随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用,他们与传统制造技术结合形成的先进制造技术,发展迅速,在模具制造业中应用广泛。在模具制造业中,精益生产、敏捷制造、只能制造、虚拟技术等新概念相继出现,正在实现以技术为中心向以人为中心转变;从金字塔式的多层次管理结构向扁平的网络结构转变;从传统的顺序工作方式向并行的工作方式转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动念的、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变。因而模具行业的发展必须依靠技术创新。 当前,以提高对市场快速反应能力为目标的模具制造技术得到超速的发展和应用。大力
2、采用模具标准件和发展标准件的生产;并行工程和快速原型制造技术得到广泛推行。模具行业将来优先推广的几项先进制造技术有:CAD/CAM技术、RPM技术、气辅注塑技术等。模具设计工作已成为推动模具发展技术关键。大量统计表明设计费用占成本的5%15%,但设计却决定了产品总成本的70%,可以说设计成为制约产品上市周期和生产成本的根本因素。面对激烈的市场竞争,再用简单的计算工具、常规的设计方法和手工绘图等传统的设计方式已经不再适应,必须采用现代的设计方法。目前适用于模具行业的计算机软件就为CAD/CAM。模具工业在我国发展迅速,模具工业产值不断提高,行业的生产能力约占世界总量的10%,仅次于日本、美国而位
3、于世界第三。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。1953年,长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间,该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。在走过了快速的发展道路之后,目前我国已汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已经取得很大进步,几大汽车模具厂由于采用了国际上先进的模具加工设备、制造技术和软件,实现了CAD/CAE/CAM一体化,提高了冲压模具的设计开发和制造能力,缩短了模具的生产周期。例如捷达、富康、夏利等轿车的大型覆盖件模具均为国内设计制造,
4、再如一汽模具公司和美国福特汽车公司联合设计了红旗轿车发动机罩的内外板和左右前翼板等高档模具。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。但我国冲压模具无论在数量上,还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展,但与国发经济需求和世界先进水平相比,差距仍很大,一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口,特别是中高档轿车的覆盖件模具,目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模,已趋供过于求,市场竟争激烈。自1999 年以来产值呈逐年递增趋势,年增长率均在12%以上;其次,我国模具产品进口金额的增幅有逐年下降的趋势,出口比例逐年加大(尤其是2002以来)进出口比例正逐步趋向合理,2
5、005年达到0.36。然而,与需求相比,中国模具工业明显供不应求,自2002年以来,贸易逆差均在10亿美元以上,致使我国仍为世界上模具年净进口量较大的国家。在信息化带动工业化发展的今天,在经济全球化趋向日渐加速的情况下,我国冲压模具必须尽快提高水平。在国家产业政策的正确引导下,通过改革与发展,把技术创新和管理创新放在首位,采取各种有效措施,在冲压模具行业全体职工的共同努力奋斗之下,我国冲压模具也一定会不断提高水平,逐渐缩小与世界先进水平的差距。“十一五”期间,在科学发展观指导下,不断提高自主开发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化道路,转变经济发展方式,将速度效益型的增长模式逐步转变到质
6、量和水平效益型轨道上来,我国的冲压模具的水平也必然会更上一层楼。 第二章 冲压件的工艺方案制冲压件的工艺性分析是指冲压件对冲压工艺的适应性,即冲压件加工的难易程度。它主要包括冲压件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度和材料三方面图2-1所示的零件为冲压件底盖,材料为08F,材料厚度t为1mm,大批量生产。图2-1 底盖2.1 冲压件的结构和尺寸 该零件的结构相对简单,为回转体,且尺寸适中。其中零件上的最小圆角半径为R0.5mm,大于0.35t (t为冲压件底盖的厚度);最小孔径为6.2,大于1.5t。所以该零件适于冲压加工。2.2 冲压件的精度和断面粗糙度 零件的尺寸公差除接近IT11级,接近IT1
7、3级,接近IT13级,接近IT13级外,其他尺寸均没有标出尺寸公差,并无其他要求。因此未标注公差的尺寸属于自由尺寸,可按IT14级确定。 对零件的断面粗糙度没有特殊要求,查一般冲压件剪切面的近似表面粗糙度表,可查的冲裁是该零件的表面粗糙度为。因此,可利用普通冲裁的方式就可以满足零件的图样要求。 2.3 冲压件的材料此零件的材料为08F,板料,查黑色金属的机械性能表可查得它的抗剪强度=310MPa , 抗拉强度Mpa。 性能特点是淬透性、综合力学性能优于普通碳素钢,但对过热比较敏感,具有良好的冲压性能。由以上可以看出,该零件的工艺性较好,可以冲压加工。2.4 拟定冲压工艺方案 根据零件工艺性分析
8、,生产该零件的基本工序有落料、多级拉伸、冲孔。按其先后顺序组合,可得如下加工方案:方案一:采用单工序模,工序为落料多道拉伸冲孔切边分析:每步工序都是用单工序冲压,模具结构简单,制作周期短,价格较低,适合中小批量生产,但是由于工序较多,操作不方便,零件的尺寸不易控制,又增加了模具数量。而此零件是大批量生产,这种方案生产效率较低,操作也不安全,故不宜采用;方案二:采用级进模,工序为底部冲孔及拉伸中间部位拉伸上部拉伸落料分析:该种方案工艺相对简单,模具数量相对减少,可较高的保持产品的加工精度,同时生产效率大幅度提高。但是模具的结构复杂,对板材的选择有一定的限制,同时还需增加自动送料装置,生产成本上升
9、,故不采用该种方案;方案三:采用复合模,工序为落料及阶梯拉伸底部冲孔拉伸切边分析:该种方案需要的模具比单工序模使用的模具数量少,比级进模的模具结构简单,同时也可保持较高的加工精度和加工效率,故采用该种方案。通过以上分析,并结合实际情况,采用方案三:落料及阶梯拉伸底部冲孔拉伸切边 采用复合模加工底盖。工序一:落料、拉伸后形成的零件,如图2-2。图 2-2 落料拉伸后形成的零件工序二:冲孔、拉伸后形成的零件,如图2-3。图2-3 冲孔、拉伸后形成的零件第三章 落料拉伸复合模的设计3.1 模具总体结构方案3.1.1正装与倒装结构的选择 由于本工序需要落料和拉伸,落料模采用正装便于安装自动挡料定位装置
10、。拉伸模采用倒装便于工序完成后的卸料。3.1.2 操作与定位方式 为了降低成本采用手动送料方式,由于零件的尺寸适中且厚度适中,采用双侧导料板导向,在送料方向上采用弹性挡料销进行定位。3.1.3卸料及出件方式 考虑到零件的形状,落料模采用固定卸料板进行卸料,对于拉伸模若零件卡在凹模采用打料杆将零件打出,若卡在凸模上采用弹性卸料板将零件推出。 3.1.4 模架类型及精度 考虑到零件的结构工艺特点,第一套模具采用后导柱模架。由于零件的精度要求不高,可采用I 级模架精度。3.2 冲压工艺计算在冲压工艺与模具结构方案确定后,应进行有关工艺与设计方面的计算,以进一步设计模具零件的具体结构。3.2.1 毛坯
11、尺寸的计算零件为图3-1.图 3-1 零件图可将零件分割为部分,如图3-2图 3-2 零件分解图计算以上各部分得: 圆筒 4dh=4874=1392 球环 2 环形 圆筒 4dh=46413=3328 环形 截头锥形 2()= 环形 截头锥形 2()= 环形 圆筒 4dh=4144=224 环形 圆形 =由于该零件的拉伸部分无凸缘,所以应留有一定的修边余量查得修边余量为2mm。 则 修边 4dh=4872=696则 毛坯 D=127.947即毛坯直径为128mm。3.2.2 选择板料、排样及计算材料利用率 查搭边数值表,确定搭边数值。当材料厚度是1mm时,沿边搭边为1.2mm,工件间搭边为1m
12、m。考虑到方便加工条料,及板材的选用,将条料宽度取为133.4mm。 (1)选择钢板规格为8002000mm。 (2)为了选择板材及方便材料加工,沿边搭边为3mm,工件间搭边为3mm。 如下图 3-3.图 3-3 排样图(3)材料利用率 (3-1)式中 A冲裁件的面积 n冲裁件的数目 b板料宽度 h板料宽度所以 K 即板料采用800mm2000mm1mm,每块可剪133.4mm2000mm规格的条料六块,材料利用率为72.3% 。3.2.3 冲压压力的计算(1) 落料力的计算查表得,采用平刃冲裁时冲裁力计算公式为: P=Lt (3-2)式中 L冲裁周边长度; t板料厚度; 材料的抗剪强度(查表
13、取为310mpa)所以 P=Lt = =3.14 =124.60 (KN) 即 落料力为 124.60 KN。(2) 拉伸力计算查表得,拉伸力计算公式为:P= (3-3) 式中 d拉伸后工件的内径; t板料厚度; 材料的抗剪强度; K拉伸系数 查表得,为390mpa,拉伸系数k为1.10. 所以 小圆筒 P= =3.14 =84.86 (KN) 大圆筒拉伸系数k为0.5 P= =3.14 =53.88 (KN) 即 拉小圆筒的拉伸力为84.86 KN; 拉大圆筒的拉伸力为53.88 KN;(3) 总冲压力计算在落料拉伸复合模工作工程中所需的总冲压力为: (3-4) =124.6+84.86+5
14、3.88 =267.34 (KN)3.3压力机初选择选择设备吨位时,考虑刃口磨损和材料厚度及力学性能、波动等因素,实际冲裁力可能增大,所以应取: (3-5)=1.3x267.34 =347.54( KN)因此,根据表选用开式双柱可倾斜压力机J23-35,公称压力为350KN,最大闭合高度为280mm,最小闭合高度为220mm,垫块厚度为60mm。3.4模具压力中心的计算因为该冲压件为典型回转体零件,所以压力中心必然在模柄中心线的延长线上,冲压过程中不存在偏载的情况,所以不必详细计算压力中心的位置。3.5 模具工作尺寸的计算3.5.1落料工序零件尺寸的计算落料工序未标注公差要求,按IT14级精度
15、计算,根据工序类型,凸凹模加工采用配合加工的方法,先加工凸模,在加工凹模。所落料直径为:= mm ,工件公差=1mm。查冲模设计手册表3-5可得,厚度为1mm的08F钢的落料凸凹模的最大最小双面间隙分别为: mm 查冲压模具设计表2-15得,磨损系数为 x=0.5; 查冲压模具设计表2-16得,模具制造公差: (mm); (mm) 由 (3-6) 式中 D落料工件基本尺寸; X磨损系数; 工件公差 得凹模 = = (mm) 由 (3-7)式中 凹模工作部分基本尺寸 最双面间隙 得凸模尺寸 = = (mm)即落料凹模工作部分尺寸为 mm ;落料凹模工作部分尺寸为 mm 。3.5.2拉伸工作零件尺
16、寸计算 查表5-8得,拉伸模凸凹模单边间隙为:Z=1.1t (3-8)=1.1x1 =1.1 (mm)(1)工件尺寸为: 查冲模设计计算手册得拉伸工作零件尺寸的计算公式为:凹模尺寸: (3-9)凸模尺寸: (3-10)查表4-19 得: (mm) ; (mm )。则凹模尺寸: (mm)凸模尺寸: (mm)即拉伸尺寸为 的工件的凸凹模尺寸分别为: (mm)(mm)(2) 工件尺寸为:查冲模设计计算手册得:拉伸工作零件尺寸的计算公式为: 凹模尺寸 (3-11)凸模尺寸 (3-12)查表4-19 得: (mm); (mm) 。凹模尺寸 (mm)凸模尺寸 (mm)(3) 拉伸凹模圆角半径 由公式 (3
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