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圆形锁扣冲压工艺及模具设计

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圆形锁扣冲压工艺及模具设计

湖北汽车工业学院科技学院毕业设计(论文)课题名称圆形锁扣冲压工艺及模具设计摘要本课题内容是针对产品,对零件进行工艺分析;分析得出合理工艺方案,选择合理的模具结构,完成装配图和零件图的设计,最后还针对模具零部件及压力机的校核。课题要求完成一套冲模设计,经工艺分析后确定此次设计包括落料拉深、反拉深、冲孔、翻边四套模具。关键词,拉深,翻边,模具设计AbstractThesubjectcontentisforproducts,Againstpartsforprocessanalysis;analysisprocesscometoareasonablesolution,chooseareasonablemoldstructure,assemblydrawingsandpartdrawingstocompletethedesign,andfinallyagainstthemoldpartsandpresscheck.Emphasisispartdrawingsmustbethree-dimensionaldesignsoftware,theuseofCADsoftwaretodrawassemblydrawing.Requiredtocompleteataskdiedesign,processanalysisafterdeterminingthedesignincludesblanking,drawing,anti-drawing,punching,flangingfivesetsofmolds.Themolddesignfollowstheprinciplesofhighproductivity,lowcostandmultipleuseofthemoldframe.Keywordsblanking,drawing,punching,flanging,molddesign目录第一章概论11.1课题内容、来源及意义11.2冲压工艺及模具设计的发展11.2.1冲压工艺及模具设计的发展11.2.2冲压模具设计技术发展趋势21.2.3冲压工艺在汽车工业中的应用3第2章冷冲压工艺过程设计42.1零件的工艺性分析42.1.1零件结构分析42.1.2零件工艺分析52.2工艺方案的确定62.2.1产品制造工艺方案应满足的要求62.2.2确定工艺方案所考虑的问题62.2.3预定工艺方案82.2.4预定工艺方案分析比较及工艺方案的确定92.2.5拉伸件与拉伸模具常见的问题92.2.6(冲孔)模具带料问题92.3工艺分析计算102.3.1毛坯尺寸计算102.3.2压力计算112.3.3模具工作部分尺寸计算12第3章冷冲压模具设计173.1反拉深模173.1.1模具结构173.1.2零件结构193.1.3压力机的选用及校核213.2翻边模233.2.1模具结构243.2.2零件结构243.2.3压力机的选用及校核25毕业总结26致谢27参考文献281第一章绪论1.1课题内容、来源及意义本次研究的课题名称是圆形锁扣成形模具,如图所示。该零件很常用的冲压零件,因此对该课题进行设计研究是必要的,它源于实际生产活动的需求,并且零件最终成形后也将被投入到实际生产中使用,为社会带来经济效益。如图1-1所示图1-1零件图1.2冲压工艺及模具设计的发展1.2.1国内外模具工业的现状概述国外,特别是欧美和日韩等发达地区的模具工业起步较早,拥有比较先进的生产管理技术及经验,值得我们国内模具行业学习和借鉴。在欧美,许多模具企业将高新技术应用于模具的设计和制造,主要体现在2(1)充分发挥了信息技术带动和提升模具工业的优越性;(2)高速切削、五轴高速加工技术基本普及,大大缩减制模周期,提高企业的市场竞争力;(3)快速成形技术和快速制模技术得到普遍应用;(4)从事模具行业的人员精简,一专多能,一人多职,精益生产;(5)模具产品专业化,市场定位准确;(6)采用先进的管理信息系统,实现集成化管理;(7)工艺管理先进、标准化程度高。日本模具加工的未来发展方向主要表现为无人手修模、无放电加工、加工时间缩短、五轴加工等方面。中国虽然在很早以前就制造模具和使用模具,但一直未形成产业。由于长期以来模具制造一直作为保证企业产品生产的手段被视为生产后方。因此一直发展缓慢。1984年成立了中国模具工业协会,1987年模具首次被列入机电产品目录。随着中国改革开放的日益深入,市场经济进程的加快,模具及其标准件、配套件作为产品,制造生产的企业大量出现,模具产业得到快速发展。在市场竞争中,企业的模具生产技术提高很快,规模不断发展,提高很快。20世纪90年代以来,中国在汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术,开发了汽车车身与覆盖件模具CAD/CAM软件系统,在模具和设计制造中得到了实际应用,取得显著效益。1.2.2冲压模具设计技术发展趋势模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。然而,与国际先进水平相比,中国的模具行业的差距不仅表现在精度差距大、交货周期长等方面,模具寿命也只有国际先进水平的50%左右,大型、精密、技术含量高的轿车覆盖件冲压模具和精密冲裁模具,每年都需要花费大量资金进口。现今,冲压加工技术已发展成为了一种先进制造技术。当然,冲压技术分为分离加工和成形加工两大类无论从理论上或实践上仍会不断向前发展。31.2.3冲压工艺在汽车工业中的应用当今汽车制造业已进入了发展新阶段,尤其是冲压技术的不断进步,在很大程度上对汽车制造质量和成本产生直接而重要的影响。模块化冲压技术、新模具材料、特种冲压成形,尤其是计算机辅助技术极大促进了冲压技术的发展。随着制造业、汽车工业全球化、网络化和虚拟化的不断深入,汽车冲压工艺技术和模具技术的发展已与先进制造技术、智能技术、电子信息及计算机集成技术等众多学科相互交叉、紧密结合。汽车制造中有60-70的金属零部件需经塑性加工成形,冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段,它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件,还有大量的汽车零部件,如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等,都是经冲压成形技术,正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展。而汽车覆盖件又是汽车冲压件的关键部分。所以,冲压工件的制造工艺水平及质量,在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。汽车工业是国民经济的支柱产业,它的提高和发展,既受各行业的影响和制约,同时,反过来,汽车工业的发展,又必然会推动各行业的提高和发展。由于汽车工业的发展,促进了深拉延钢、汽车大梁用钢、低合金高强度钢、型钢等钢种的产生和发展;由于汽车工业的需要,促进了大吨位压力机、双动压力机、多工位压力机和活动台面压力机的发展;由于汽车工业的发展,促进了实型铸造、刃口堆焊和CAD/CAM技术的应用和发展由此可见,汽车工业的发展,是推动冲压技术的强大动力。4第2章冷冲压工艺过程设计2.1零件的工艺性分析2.1.1零件结构分析产品零件为圆形锁扣。其形状如图2-1所示图2-1零件图该工件有两个圆桶形,一个直径36mm,高18mm,一个直径28mm,高12mm,中间以半径为2mm的圆弧面过渡,该零件壁厚为1mm,拉深时要注意起皱和拉裂。2.1.2零件工艺分析从图纸上制件的整体看,该制件是经过前面的拉深成形为深圆筒型件,要求用一种合理的冲压工艺来完成该深圆筒件底部孔的冲压,最后在进行拉深件底部内孔翻遍的工序。从制件的结构形状上看,该制件的整体结构比较简单,属于较深的深圆卷筒型件,5但是相对比较对称;从材料上看,本制件使用的是08AL,属于汽车连接件用钢板,是优质碳素结构钢,具有良好的冷冲压成形性能,用于制造汽车覆盖件,连接件等。其屈服强度不小于195MPa,抗拉强度为275380MPa。查询有关钢材特性手册可知,该材料具有良好的冲压性能,比较适合冲裁;从制件的尺寸上看,该制件的冲压工艺要求在分别在板料的内外翻边和拉深出卷边来,比较复杂,但通过几道工序也可作出来,虽然会在冲压工作中有一些不便之处;从制件的精度要求上看,在制件的图纸上并没有对制件的尺寸精度有特殊标注,可以认为制件的全部尺寸为自由公差,可选择公差为IT14级,尺寸的精度要求不高。综合以上几方面的考虑,该制件可采用普通的冲压工艺作出。2.2工艺方案的确定2.2.1产品制造工艺方案应满足的要求合理的制造工艺方案应满足以下要求(1).制件所需的模具结构要简单,占用设备要少。(2).使用的模具寿命要高。(3).制出的工件应符合技术要求并且尺寸精度要高,表面质量要好。(4).尽可能采用生产机械化与自动化。2.2.2确定工艺方案须考虑的问题通过对零件图的初步分析和研究,在确定该工件的冷冲压方案时首先必须考虑以下几点(1).工件要严格控制材料的减薄量和工件的动平衡性;板料成形性能主要受到材料本身塑性变形能力的限制,像圆孔翻边成形极限也是如此。在翻边成形中孔边的变形程度最大,应力状态与单向拉伸应力状态近似。如果翻边时翻边处有拉裂的现象可以增6大凸模的圆角半径。如图2-3图2-2零件在成形时的变形趋势(2).尽管自动化技术已用于制造各种薄板金属零件、模具和模具零件之中,但在这些工艺技术的应用主要还是依赖于人的经验和判断。之所以如此是由于与板料加工相关的可变因素非常多,而且这些因素的相互作用极为复杂,所有这些因素(如金属的流动特性、延展性、模具几何尺寸、模具材料、润滑以及加工速度等)都相互依存,以不同的等级决定零件加工的成败。因此薄板加工时的成形性能不会决定于一个单一的参数,而且决定于所有的因素的综合。(3).以上是对零件图初步分析的结果,这些对于选择合理的冷冲压工艺方案是远远不够的。要确定出所制造的工件在技术上和经济上都为最合理的工艺方案,还得通过对零件图认真的分析和研究,预先设计几套不同的工艺方案加以仔细的分析和比较,从中选择一种最合理的工艺方案。2.2.3预定工艺方案计算拉深次数材料的相对厚度T/D1001/621001.62-1拉深系数m总35/620.562-2查表得m10.49500修正系数K111.121.251.371.51.6表2-2材料修正系数K2凹模材料合金工具钢碳素工具钢修正系数K211.3D为基本尺寸,mm;d基本内径尺寸,mm;p、d凸、凹模制造公差,值见表2-3表2-3拉深模凸凹模制造公差材料厚度拉深件直径10--3030--5013pdpd0.50.010.020.020.030.5--20.020.030.030.042--30.030.040.040.05Dd03.004.78mm取80*80002.052PDmm取Φ52mm拉深凸模和凹模的形状与尺寸图2-7凸模图2-8凹模翻边工序翻边时凸模与凹模工作部分尺寸计算翻遍系数md/D0.14(2-17)预冲孔直径htrDd2214.10得d04mm2-1814翻边高度257.020trdDh得h8mm2-19翻遍极限高度257.012minmaxtrmDh得Hmax9.12mm2-20拉深件高度trhHhmax1得h17mm2-21翻边时凸模与凹模之间的间隙mtt1t10.37mm式中t1--翻边后材料厚度,mm;t--翻边前材料厚度,mm;m--翻遍系数拉深件地步翻边时凸模和凹模之间间隙见表2-4表2-4翻边前材料厚度t单面间隙Z0.800.601.000.751.200.901.501.102.001.50翻边时凸模凹模尺寸计算图2-9翻边时凸模凹模尺寸确定凸模尺寸0minpxdDpDP28mm2-21凹模尺寸2ZDDPdDd30mm2-22注dmin--制件最小极限尺寸,mm;--制件公差,mm;Z--单边间隙,mm;制件精度在IT11以上,x11.2,制件精度在IT1213,取x0.81,制件精度在IT14以下,取x0.60.75翻边时凸模形状与尺寸,如图2-1015图2-10翻边凸模凹模的形状与尺寸,如图2-11图2-11翻边凹模16第三章冷冲压模具设计3.1反拉深模3.1.1模具结构图3-1反拉深模具图,但是零件尺寸比较小,形状比较简单,模具结构也不复杂,模具结构草图如下所示1.下模座2.凹模3.定位销4.凸模固定板兼卸料板5.上垫板6.螺钉M10*40177.上模座8.模柄9.螺钉M14*3010.凸模11.导套12.导柱13.顶板14.螺钉M10*3015.下垫板16.顶杆图3-1反拉深模主视图18图3-2反拉深模俯视图工作原理零件定位在凹模2上,由模柄8带动上模座7下行,凸模固定板兼卸料板4先接触零件,使零件紧贴内壁,保证拉伸过程中,外沿不翘起,上模座7继续下行,凸模10进行拉深,然后上模座7回程,顶杆3推进顶板13上行,将零件顶出,完成冲压过程。3.1.2零件结构模架的选用选用后侧导柱模架,查表,凹模周界尺寸为78.4mm*78.4mm,所以模架选取的规格是上模座80mm*80mm25mm下模座规格80*80*30mm上模座如图3-3,下模座如图3-419图3-3拉深模上模座技术要求1.材料为HT200;2.时效处理。时效处理意义通过对零部件的时效处理,可以在毛坯阶段使零件内部的应力释放或相互抵消,以免在半精加工或精加工过程中零部件存在应力失衡而导致零件加工错误进而引起报废。20图3-4拉深模下模座其他主要零件选用导套20mm*65mm*23mm导柱20mm模柄的选择大型模具通常是用螺钉、压板直接将上模座固定在滑块上。中、小型模具一般是通过模柄将上模座固定在压力机滑块上。常用的模柄形式有(1)旋入式模柄通过螺纹与上模座连接,模柄装卸方便,但与上模座的垂直度误差较大,主要用于中、小型有导柱的模具上。(2)压入式模柄固定段与上模座孔采用H7/m6过渡配合,主要用于上模座较厚而又没有开设推板孔的场合。(3)凸缘模柄上模座的沉孔与凸缘为H7/m6配合,并用3个或4个内六角螺钉进行固定。(4)浮动模柄选用浮动模柄的模具必须使用行程可调的压力机,以保证在工作过程中导柱与导套不脱离。(5)通用模柄(6)槽型模柄21综合以上选用凸缘模柄,材料为Q235垫板选用方形垫板,80*80*8,材料为45钢。图3-5垫板顶件块选用45钢,80*80图3-6顶件块3.1.3压力机的选用与校核22根据各方面分析来看,选取压力机设备为开式压力机,公称力为160KN,选用JH-16开式压力机,主要设备参数如表所示表2JH23-16设备参数工称压力/KN160滑块行程/mm50行程次数/次min-1150最大闭合高度/mm220最大装模高度/mm180闭合高度调节量/mm45工作台尺寸/mm左右450前后300立柱间距离/mm220模柄孔尺寸/mm40*60工作台板厚度/mm40电动机功率/kw1.5校核1、公称压力校核Fg必须大于或等于冲压计算的总压力P1,Fg160KN,Pmax41.329KN,Fg>P1,故满足该条件。2、装模高度校核。JH23-16最大闭合高度220mm;模具的闭合高度140mm,故满足该条件。3、行程校核。压力机滑块行程50mm,满足冲压件成形要求。4、工作台尺寸校核。两个模具模座尺寸均为为80*80,都小于压力机工作台面的尺寸300*450,故满足该条件。综上所述,结合计算冲压力的大小和模具外形尺寸,可以确定最佳的压力机为23JH23-16开式双柱可倾式压力机。3.2翻边模3.2.1模具结构模具结构如下图3-7所示。1.凸模2.卸料板3.推板4.螺钉M10*355.模柄6.打杆7.螺钉M14*308.定位销6*309.上模座10.上垫板11.导套12.翻边凹模13.导24柱14.下模座15卸料螺钉16.螺钉M12*30图3-7翻边模主视图图3-8翻边模俯视图在开模状态下,工件套在凹模3上,合模过程中,下模座13上行,卸料板2接触零件,使零件翻边过程不翘边,下模座13继续上行,带动凸模1运动,达到行程末端,完成翻边,下模座13回程,打杆6推动推板3下行,顶出零件,完成翻边过程。3.2.2零件结构模架的选用上模座80mm*80mm25mm下模座80*80*30mm考虑到成本因素,上模座与反拉深模上模座一样,下模座如图3-925图3-9卸料板的设计如图3-10图3-10卸料板卸料螺钉M10*100材料选用45钢。垫板80*80*10材料45钢推件装置如图3-1126图3-11推荐装置材料45钢作用将零件推出,使其脱离模具3.2.3压力机的选用与校核压力机的选择与校核跟拉深模相同,这里不再赘述。27毕业设计总结在本次毕业设计过程中,我通过查阅大量的设计资料,先对冲压件的工艺性进行了综合、细致的分析,然后,我又根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、尺寸的大小、形状复杂成都、材料的薄厚、冲模制造条件与冲压设备条件等多方面的因素拟定出了三种可能的不同工艺方案,通过对其进行分析与研究,比较其综合的经济技术效果,选择了一个最佳的冲压工艺方案。我设计的课题是圆形锁扣冲压工艺及模具设计。我选择的设计方案是(1)落料拉深(2)反拉深(3)冲孔(4)翻边通过本次毕业设计,使我对冲压模具设计有了更加深刻的理解,懂得了从分析零件的工艺性入手,确定工艺方案,知道了模具设计的一般方法和步骤,了解了模具的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,查阅设计资料和手册的能力,熟悉了相应规范和标准,同时对各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。也深深体会到了设计一套完整、正确的模具是很不容易的,而模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济,同时也明白了细心和耐心对设计工作是那么的重要,这次设计为我以后的工作打下了基础,使我从理论和实践上对机械设计的认识又有了更进一步的加深。总之,在整个设计过程中,我参考了许多设计手册,并得到老师和同学的细心指点,综合比较了其他各种设计图样,并对自己所设计的模具图进行了反复的完善。但是由于水平有限,难免有不妥之处。我将在以后的学习工作中不断完善和提高自己的设计水平。28谢词在这次的毕业设计过程中,特别要向我的指导老师范宏训和帮助我的同学刘一君表示衷心的感谢。在我设计过程中,寝室同学帮助我查阅资料,从图书馆借阅资料书,对我的设计方案提出修该意见,指出我画的模具装配图和零件图中的缺点,以便我及时修改。并在我画图以及编写设计说明书时对我进行了指导。在此尤其要感谢我的指导教师范宏训副教授,在设计过程中,范副教授对我绘制的模具装配图和零件图反复地进行指正,并结合自己多年的实践经验,给我提出符合实际应用的修改方案。对我设计的模具不符合实际的地方,给出了切实可行的解决方法。这样,才使我将设计时遇到的问题一个一个的解决,按时完成了毕业设计。另外,还要感谢学校图书馆给我们设计提供了大量的参考资料和设计图册。最后,再次感谢范副教授对我的悉心指导。29参考文献[1]李硕本.冲压工艺学[M].北京.机械工业出版社,1982.[2]日本塑性加工学会.压力加工手册[M].中译本.北京机械工业出版社,1983.[3]日本材料学会.塑性加工学[M].中译本.北京机械工业出版社,1983[4]肖景容,姜奎华.冲压工艺学[M].北京机械工业出版社,1990.[5]张钧.冷冲压模具设计与制造[M].西安西北工业大学出版社,1993.[6]许发越.模具标准应用手册[M].北京机械工业出版社,1997.[7]郑展.冲压工艺与模具设计[M].北京机械工业出版社,2008.[8]王鹏驹等.冲压模具设计师手册[M].北京机械工业出版社,2009.[9]机械制图第六版.大连理工大学工程图教研室[M].高等教育出版社,2010.[10]童秉枢.机械CAD技术基础[M].北京清华大学出版社,2003.[11]王孝培.实用冲压技术手册[M].北京机械工业出版社,2001.[12]王孝培.冲压手册[M].北京机械工业出版社,1990.忽略此处..

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