《支撑板冲压成形工艺及模具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《支撑板冲压成形工艺及模具设计.docx（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1、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2
2、004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
3、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。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一 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
4、有加强筋、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
5、分离断面的质量要求。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。 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
6、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6
7、80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
8、压生产线的技术改造，使尽早达到当今国际水平。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
9、、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
10、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
11、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
12、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：提高行业人员素质随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45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
13、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，有计划、分层次地培养。2、支撑板工艺分析零件名称：支撑板生产批量：大批量材料：35料厚：2mm零件图：见图零件图2.1工艺分析此弯曲件为V型弯曲，零件图如图所示。图中的尺寸公差为未注公差，在处理这类零件公差等级时均按IT14级要求。弯曲圆角半径r=2，均大于最小弯曲半径：（mm） 故此件形状，尺寸，精度均满足弯曲工艺的要求，可用弯曲工艺进行加工。弯曲后再采用落料、冲孔。冲裁件内外形所能达到的经济精度为IT11IT14，孔中心与边缘距离尺寸公差为0.5mm，将以上精度与零件的精度要求相比较，该零件的精度要求能够在
14、冲裁加工中得到保证，其他尺寸标注、生产批量等情况也均符合冲裁的工艺要求。2.2 工艺方案的确定该零件所需的冲压工序为弯曲、冲孔好落料。可拟定以下三种方案：方案一：采用简单模分三次加工，即弯曲落料冲孔。方案二：弯曲、落料、冲孔复合模。采用方案一，模具结构简单，但需要三道工序、三套模具才能完成零件的加工，生产效率较低，难以满足零件大批量生产的需求.由于零件结构简单，为提高生产效率，主要应采用复合冲裁或级进冲裁方式，方案二和方案三更具优越性。采用方案二，需要一套模具，冲压件的形位精度和尺寸易于保证，且生产效率也高。尽管模具结构较方案一复杂，单零件的几何尺寸相对简单，模具制造并不困难。通过对两种方案的
15、分析比较，该零件的冲压生产采用方案二的复合膜为佳。2.3弯曲工艺计算弯曲件展开长度的计算当弯曲圆角半径较小（r0.5t)时，根据中性层长度不变原理计算。因为R=20.52,属于圆角半径较大的弯曲件。所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算。视直边区在弯曲前后长度不变，圆角区展开按弯曲前后中性层长度不变条件进行计算。由于R/t=2/2=1，查表（冲压工艺与模具设计P97表3.4）得位移系数x=0.42变形区中性层曲率半径按（冲压工艺与模具设计P97表3.7）公式计算 得： 毛坯尺寸（中性层长度）其中（中性层圆角部分的长度）=3.468mm =2.477mm该零件的展开长度为以上各式中 中
16、性层曲率半径，mm； k 中性层位置系数，查表得k=0.42,mm； A 中性层圆角部分的长度,mm; t 材料弯曲厚度，mm； 弯曲件的展开长度，mm； 弯角，()。2.4弯曲工作部分尺寸计算2.4.1凸模圆角半径计算当弯曲件r10时，凸模圆角半径为当弯曲件r较小时，凸模圆角半径为 （但）此工件的弯曲圆角半径较小但不小于工件材料所允许的最小弯曲半径，故凸模圆角半径可取弯曲件的内弯曲半径r=2mm。2.4.2凹模圆角半角计算凹模圆角半径不能过小，以免增加弯曲力，擦伤工件表面。凹模圆角半径一般按材料的厚度来取。mm (36)t(24)mm (23)tmm 该工件厚度为2mm，故凹模半径mm2.4
17、.3凹模工作部分深度的设计计算。凹模工作部分的深度将决定板料的进模深度，同时也影响到弯曲件直边的平直度，对工件的尺寸精度造成一定的影响，查表3.12得凹模的底部最小厚度因此，凹模工作部分深度h=38+2+4=44mm2.4.4凸凹模间隙的确定弯曲模的凸凹模间隙是指单边间隙Z/2，V型件弯曲时，凸凹模的间隙时是靠调整压力机的闭合高度来控制的，不需要在设计，制造模具时确定。在模具设计中，必须考虑到模具闭合时，模具工作部分与工件能紧密贴合，以保证弯曲质量。 一般情况下，Z/2=t+ 工件精度要求较高时，Z/2=t以上各式中 t 工件材料厚度，mm； C 间隙系数； 材料厚度的正偏差，mm。2.5弯曲
18、件回弹值的计算小变形程度(r/t10）时，回弹大，先计算凸模圆角半径，再计算凸模角度；大变形程度（r/t5)时，卸载后圆角半径小，仅考虑弯曲中心角的回弹变化。弯曲时，弯曲中心角为110o，查相关手册，取回弹角为3o；弯曲中心角为130o，查相手册，取回弹角4o。2.6弯曲力计算V形件弯曲力 =(1146614905.8)N校正弯曲的弯曲力 =1603070 =336000N（无论工件形状如何）冲压行程结束时自由弯曲的弯曲力（N）；K系数，一般取1.3；b弯曲件宽度 (mm)；t弯曲件材料宽度 （mm）；弯曲件材料的抗拉强度（MP）；r弯曲件的内弯曲半径（mm）；F校正弯曲力（N）；A校正部分投
19、影面积 （）；p单位面积校正力（MP），查表得。2.7冲孔10mm凸、凹刃口尺寸的计算由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸计算如下：查表2.5得凸、凹模制造公差：校核查表2.5得凸、凹模制造公差而满足的条件查表2.6得：IT14级时磨损系数x=0.5， =(10+0.50.2) =10.1mm =(10.1+0.246) =10.346mm2.8外形落料凸、凹刃口尺寸的计算由于制件结构简单，精度要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口尺寸计算如下：查表2.5得凸、凹模制造公差：校核查表2.5得凸、凹模制造
20、公差而满足的条件查表2.6得：IT14级时磨损系数x=0.5， =(166.4-0.50.2) =166.3mm =(166.3-0.246) =166.054mm2.9冲压力计算落料力冲孔力冲孔时的推件力取直筒形刃口的凹模刃口形式，由表2.21查得h=6mm，则 n=h/t=3，查表2.7得， 落料时的卸料力查表2.7取2.10压力中心的计算由于该件都对称，故选其几何中心为压力中心2.11橡皮的选择橡皮允许承受的负荷较弹簧大，且安装调试方便，在冲裁模中广泛应用。 橡皮的平面尺寸 平面尺寸按其所产生的压力F计算F=Sq所以橡皮压缩量/1单位压力MPa0.260.500.701.061.522.
21、10R 橡皮半径；S 橡皮的横截面子；q 与橡皮的压缩量有关单位压力，按橡皮的压缩特性曲线选用。 橡皮的高度 橡皮的高度必须满足工艺要求与模具结构空间要求，并考虑橡皮的寿命。橡皮最大压缩量不宜超过自由高度H的3545。橡皮装在模具上，一般应预先压缩（1015）H，使预压的压力达到所需要的卸料力。压缩工作行程为（2530）H橡皮的自由高度为H=/(0.250.30)=20/(0.250.30)=(66.780)mm取H=70mm式中橡皮压缩工作行程，根据模具结构可知；H橡皮的自由高度。上式中的高度校核：高度校核：H=0.65D 3、模架与压力机的选用3.1模架的选择根据上述分析，本零件的冲压包括
22、弯曲、冲孔和落料两三个工序，可采用复合模具，利用弹性卸料装置，卸料可靠，便于操作。工件留在落料凹模孔洞中，利用弹性卸料装置卸料，落料废料在落料凸凹模外侧自由落下；而冲孔废料则可以在下模座中开设通槽，使废料从孔洞中落下。由于在该模具中是先弯曲后落料和冲孔的。所以弹性元件还应具有压料的作用，应选用弹性卸料板来卸下工件。因是大批量生产，采用手动送料方式，从前向后送料。因采用的是复合模，所以直接用挡料销和导料销即可。为确保零件的质量及稳定性，故选用导柱、导套导向。由于该零件导向尺寸较小，且精度要求不是太高，所以宜采用后侧导柱模架。选择模架，选择后侧导柱模架，315 250 闭合高度300350 上模座
23、31520030 下模座31525050。模具闭合高度 =35+30+38+60+72+55+50 =340mm3.2压力机的选择选择型号为JB23-63的开式双柱可倾压力机满足使用要求。其主要技术参数如下：公称压力： 630KN滑块行程： 100mm滑块行程次数（次/min）： 40最大闭合高度： 500mm封闭高度调节量： 80mm工作台尺寸： 570860垫块尺寸： 80模柄孔尺寸： 5085最大倾斜角度： 253.3压力机的校核1. 模具闭合高度是指模具工作行程终了时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。H=340mm-=500-80=420mm 满足要求。2. =31400+600
24、00+14905+336000=442305N 满足使用要求3. 工作台尺寸： 570860模具尺寸：3152504.模柄孔尺寸： 5085模柄安装尺寸：45554、模具主要零部件的设计。4.1冲孔10凸模设计。由于凸模较长，为了增加凸模的强度与刚度，凸模非工作部分应制成逐渐增大的多级形式，凸模固定板厚度去38mm，凸模结构根据结构上的需要来确定。26=38+60+110-26=192mm 承压应力校核冲裁时凸模承受的压应力，必须小于凸模材料强度所允许的压应力对于圆形凸模，由上式可得 即 mm凸模淬火到5862HRC时(10001600)MPa失稳弯曲应力检验圆形凸模满足设计要求4.2落料凹模
25、的设计落料凹模内部有弹性卸料装置，所以凹模刃口应采用直臂形刃口，查表得，取刃口高度h=6mm，由于该模具选用组合式凹模。根据模具结构选用一组对称的。冲裁时凹模承受冲裁力合侧向挤压力的作用。由于凹模的结构形式方法众多，受力情况又比较复杂，目前还不能用理论方法精确地把凹模外轮廓尺寸算出来。在实际生产中，通常根据冲件的料厚度和冲件的轮廓尺寸，把凹模刃壁至外形边的距离，按经验公式来确定。4.3凸凹模的设计再复合模中，至少有一个凸凹模。凸凹模的外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸，从强度考虑，壁厚受最小值限制。对于倒装复合膜，因孔内会积存废料，所以最小壁厚要厚一些。凸凹模的最小壁厚一般由经验
26、数据决定。4.4凸模固定板的设计凸模固定板的作用是用来固定凸模的，由于该模具的主要作用是固定用的，因此该零件不需要太高的硬度，故选用经常用的45钢来加工该零件，在设计该零件时，要保证上下两面的平行度要求，且需要保证凸模孔的精度要求。凸模固定板的厚度一般取凹模厚度的0.6-0.8倍，其平面尺寸可与凹模、卸料板外形尺寸相同，固定板的凸模安装孔与凸模采用过渡配合H7/m6、H7/n6，压装后将凸模断面与固定板一起磨平。4.5垫板的设计垫板的作用是直接承受和扩散凸模传递的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被压出凹坑，影响凸模的正常工作。模具中最为常见的是凸模垫板，模具是否加装垫板要根据模座所受压
27、力的大小进行判断，若模座所受单位压力大于模座材料的需用压应力，则需加垫板。垫板外形尺寸可与固定板相同，其厚度一般取3-10mm。垫板材料为45钢，淬火硬度为43-48HRC。垫板上下表面应磨平，以保证平行度要求。为了便于模具装配，垫板上销钉通过孔直径可比销钉直径增大0.3-0.5mm。4.6模座的设计上模座用来固定上模部分零件，并同过模柄或螺栓、压板把上模固定到压力机滑块上，同时又起到传递并承受冲裁力的作用。下模座用来固定下模部分零件，并通过螺栓，压板将下模座固定在压力机工作台面上，同时起着承受并分散冲裁力的作用。设计模座时一般按照国标规定的标准模架设计，自行设计时，圆形模座的直径应比凹模板直
28、径大30-70mm，矩形模座的长度应比凹模板长度大40-70mm。宽度可以略大于或等于凹模板的宽度，模座的厚度可以参照标准模座，一般为凹模板厚度的1.0-1.5倍。模座材料一般选用铸铁，也可以用Q235、Q255结构钢，冲裁力大时也可以选用铸钢ZG35ZG45.4.7模柄的设计模柄的作用是使模具的中心线与压力机的中心线重合，并把冲压模具零件部分固定在压力机的滑块上，常用于1000KN以下的压力机上的中、小模具的安装。此套模具选用压入式模柄，他与模座孔采用过渡配合，加销钉以防止转动，模柄有较高的垂直度和同轴度。4.8导柱、导套的选择对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上
29、、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。因为本制件的厚度为0.6mm，所以采用H7/h6。5、绘制模具总装配图称，这是一个后侧导柱导向的复合模，橡皮的作用是提供弯曲时所需的压力，为后来的冲孔落料提供必要的空间，同时也起到了压料与卸料作用。由于限位螺钉的作用，凸模被限制在一定的活动范围内，不会因自重而落下，由于冲孔凸模采用阶梯结构，有效地保证了凸模的刚度。落料凸模与弯曲凹模做在一起，弯曲后在进行落料，结构简单，同样保证了落料凸模与弯曲凹模强度，故不再考虑由于制件的不对称，而产生的偏移现象
30、。6、结束语大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、洛阳中国一拖的生产实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。 在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。