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多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计

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多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计

摘要本模具采用切废料方式进行冲裁,故模具结构采用冲孔、导正、弯曲、切断的工序设计,排样采用单排横排排列。并采用正装方式设计模具结构,即凹模装在下模部分,凹模采用浮动方式,并装有内部小导柱。首先为了正确控制送料步距采用单侧侧刃定距,在主要位置采用导正销导正精确定位。由于料很薄,冲压速度较快,卸料采用弹性卸料结构,建议弹性材料采用弹簧。废料采用在凹模(下模)向下推出,产品自动向下落下。带料采用自动左右送料装置。经过详细分析和计算最终排样方案为侧刃切边,冲导正孔,冲2个非圆孔(废料),冲5个非圆孔(废料),冲2个非圆孔(废料),成形,中间向下弯曲,向上弯曲,最后切断。关键词多向固定支架冲压工艺排样级进模IIAbstractThedieusedtocutwastebypunching,punchingdiestructure,guide,bending,cuttingprocessdesign,arrangedinasinglerowofhorizontalnesting.Anddressdesignthediestructurediemountedonthelowerdiepart,todiewithfloatingandequippedwithasmallinternalguidepost.Firstordertoproperlycontrolthefeedingstepawayfromtheunilateralsideofthebladefixedpitchinthemainlocationpilotstoprecisepositioning.Thefasterthematerialisthin,stamping,elasticStripperStripperstructure,itisrecommendedthatanelasticmaterialwithspring.Wasteusingthediemoldlauncheddownautomaticallyfalldown.Withmaterialautomaticallyaroundfeedingdevice.Afteradetailedanalysisandcalculationofthefinalnestingprogramthesideedgetrimming,piercedpilothole,punchtwononcircularholewaste,redfivenonroundholewaste,twononcircularholepunchwaste,formingtheintermediatebentdownwardlybentupwardly,andfinallycut.KeywordsMultidirectionalmountingbracketStampingprocessNestingProgressivedieV目录摘要..............................................................................................................................................IABSTRACT...................................................................................................................................II目录............................................................................................................................................V1绪论.............................................................................................................................................11.1本课题的研究内容和意义...................................................................................................11.2国内外发展状况...................................................................................................................21.3本课题应达到的要求...........................................................................................................32冲压工艺设计.............................................................................................................................42.1冲压件简介...........................................................................................................................42.2冲压的工艺性分析...............................................................................................................52.3冲压工艺方案的确定...........................................................................................................72.3.1冲压模具类型................................................................................................................72.3.2冲压工艺分析和计算....................................................................................................73多向固定支架连续模设计.......................................................................................................103.1模具结构.............................................................................................................................103.2确定其搭边值.....................................................................................................................103.3确定排样图.........................................................................................................................113.3.1送料步距与带料宽度..................................................................................................113.3.2排样方案......................................................................................................................133.4材料利用率计算.................................................................................................................133.5凸、凹模等刃口尺寸的确定.............................................................................................143.5.1侧刃凸、凹模刃口尺寸计算......................................................................................143.5.2导正孔凸、凹模刃口尺寸计算..................................................................................143.5.3梯形废料凸、凹模刃口尺寸计算..............................................................................153.5.4矩形废料Ⅰ凸、凹模刃口尺寸计算..........................................................................173.5.5矩形废料Ⅱ凸、凹模刃口尺寸计算..........................................................................183.5.6矩形废料Ⅲ凸、凹模刃口尺寸计算..........................................................................193.5.7矩形废料Ⅳ凸、凹模刃口尺寸计算..........................................................................203.5.8方形废料凸、凹模刃口尺寸计算..............................................................................213.5.9成形凸、凹模刃口尺寸计算......................................................................................223.5.10向下弯曲凸、凹模刃口尺寸计算............................................................................233.5.11U型弯曲凸、凹模刃口尺寸计算.............................................................................233.5.12切断凸、凹模刃口尺寸计算....................................................................................253.6冲压力计算.........................................................................................................................263.6.1冲孔部分冲压力..........................................................................................................263.6.2侧刃冲压力..................................................................................................................273.6.3成形部分冲压力..........................................................................................................28VI3.6.4向下弯曲部分冲压力..................................................................................................283.6.5U型弯曲部分冲压力...................................................................................................283.6.6切断部分冲压力..........................................................................................................293.6.7总冲压力......................................................................................................................293.7压力机选用.........................................................................................................................293.8压力中心计算.....................................................................................................................303.9模具主要零部件的结构设计.............................................................................................313.9.1凹模结构及设计..........................................................................................................313.9.2卸料板设计..................................................................................................................333.9.3凸模固定板设计..........................................................................................................333.9.4凸模垫板设计..............................................................................................................343.9.5凹模垫板设计..............................................................................................................353.9.6侧刃的结构设计..........................................................................................................353.9.7导正孔凸模结构设计..................................................................................................363.9.8梯形凸模结构设计......................................................................................................373.9.9矩形凸模Ⅰ结构设计..................................................................................................373.9.10矩形凸模Ⅱ结构设计................................................................................................383.9.11矩形凸模Ⅲ结构设计................................................................................................393.9.12矩形凸模Ⅳ结构设计................................................................................................393.9.13方形凸模结构设计....................................................................................................403.9.14成形凸模结构设计....................................................................................................413.9.15向下弯曲凸模结构设计............................................................................................413.9.16U型弯曲凸模结构设计.............................................................................................423.9.17切断凸模结构设计....................................................................................................433.9.18前侧导板设计............................................................................................................433.9.19后侧导板设计............................................................................................................443.9.20U型弯曲凹模镶块设计.............................................................................................443.9.21承料板设计................................................................................................................453.10标准件确定.......................................................................................................................463.10.1模架确定....................................................................................................................463.10.2上模螺钉确定............................................................................................................473.10.3上模销确定................................................................................................................473.10.4下模螺钉确定............................................................................................................473.10.5下模销确定................................................................................................................473.10.6卸料螺钉确定............................................................................................................473.10.7卸料弹簧设计............................................................................................................473.10.8凹模浮顶弹簧设计....................................................................................................483.10.9凹模浮动卸料螺钉确定............................................................................................483.10.10弯曲弹顶弹簧设计..................................................................................................48VII3.10.11侧刃固定螺钉确定..................................................................................................493.10.12U型弯曲凸模固定螺钉确定...................................................................................493.10.13小导柱确定..............................................................................................................493.10.14凹模上小导套确定..................................................................................................493.10.15卸料板上小导套确定..............................................................................................493.10.16导料板固定螺钉确定..............................................................................................493.10.17导料板销确定..........................................................................................................493.10.18侧刃挡块设计..........................................................................................................493.11模具闭合高度、校验压力机...........................................................................................504结论与展望...............................................................................................................................514.1结论.....................................................................................................................................514.2不足之处及未来展望.........................................................................................................51致谢...........................................................................................................................................53参考文献.......................................................................................................................................54多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计11绪论1.1本课题的研究内容和意义本次设计是在我们学完了大学的全部基础课,技术基础课以及专业课之后而进行。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。该零件的生产离不开模具,只有高效、精密、长寿命的模具才能生产出低成本,高品质的产品。本次毕业任务研究该零件的成形工艺并进行模具设计。冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料进行施加压力,使其产生分离或塑性变形。从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压通常是指在常温下对材料进行冷变形加工,主要采用板料加工所需零件。所以也叫冷冲压和板料冲压。冲压是材料压力加工和塑性加工的方法之一。隶属于材料成型技术。冲压所用的模具称作冲模,简称冲模,冲模是将材料批量加工所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要。没用符合条件的冲模批量生产冲压就难以进行,没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法进行。冲压工艺与模具冲压设备和冲压材料够成冲压加工的三要素。只有相互结合才能冲出压件。与机械加工及塑性加工相比冲压技术无方面方面还是经济都有独特的优势特点。主要表现如下1、冲压加工效率高,操作方便,易于实现机械化和自动化。这是应为冲压是依靠冲压和机械设备来完成的普通压力机的行程次数每分钟可达几十次,高速压力机每分钟可达成百上千次。2、冲压时由于模具保证了尺寸和形状精度。一般不破坏冲压件的质量,而模具的寿命一般较长,冲压质量稳定,互换性好。3、冲压可加工尺寸范围较大的和形状较复杂的零件如小到钟表秒表大到汽车重梁和覆盖件等,加上冲压效果的冷变形硬化效果,冲压件的强度和刚度较高。4、冲压一般没有切削废料生成,材料消耗较少,并不需其他加热设备,因而是一种省料节能的加工方法。但是冲压加工所用的模具一般具有专用性,有时一个复杂零件需模具才能完成,模具制造的精度要高技术要求高,是技术密集型产品。所以只有批量比较大的时候冲压加工的优点才能充分体现出来。从而获得较好经济效益。冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备,是技术密集型产品。冲压件的质量、生产效率与生产成本等与模具的设计和制造有直接关系。模具设计与制造的技术水平的高低,是衡量一个国家产品制造技术水平高低的重要标志之一,在很大程度上决定着产品的质量、效益以及新产品的开发能力。通过对此课题的研究主要掌握机械工艺模具设计的一般方法与基本工序。巩固模具设计与模具制造工艺等专业理论知识在生产中的应用并灵活应用CAD、Pro/E等绘图软件来进行模具设计懂得如何获得资料、手册查阅。培养自己综合应用理论知识去解决分析实际问题,提高自己的创造力。使我们学生找到自己的不足,同时在检阅资料是了解到本国模具行业与国外发达国家的一些差距,从而找到努力方向,以此激励自己努力学习、天天向上,为自己所从事的事业做出贡献。无锡太湖学院学士学位论文21.2国内外发展状况模具工业是国民经济的重要基础工业之一。模具是工业生产中的基础工艺装备,是一种高附加值的高精密集型产品,也是高新技术产业化的重要领域,其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。20世纪80年代以来,国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来,中国模具发展十分迅速,模具工业一直以15左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业,日益受到人们的重视和关注。模具是工业生产的基础工艺装备已经取得了共识。目前,中国有17000多个模具生产厂点,从业人数约50多万。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,其他各类模具约占11。近年来,中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外,还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业,他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。此外,许多研究机构和院校也开展了模具技术的研究与开发。目前我国模具生产总量已居世界第三,但是制造水平总体上比德、美等国家落后许多,也比韩国、新加坡等国落后而且国内模具市场过早陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力,尤其缺乏诚信可靠的市场体系。据报道,约有65的欧洲客户认为中国模具价格虽低但质量存在问题。产品质量不高。国内模具生产商工艺条件参差不齐,差距很大。现代模具行业早已走出以手工制模的时代,进入了数字化时代,实现了无图化生产,靠计算机设计,通过计算机输入数据加工制作模具。我国不少厂家由于设备不配合,很多工作以来手工完成,严重影响了精度很质量。标准化水平不高。模具是专用成形工具产品,虽然个性化强,但也是工业产品,所以标准化十分重要。模具标准化工作主要包括模具技术标注的制订与执行、模具标准件的生产和应用以及有关标准的宣传、贯彻和推广等工作。中国模具标准化工作起步较晚,加之宣传、贯彻和推广工作力度小,因此模具标准化落后于生产。更落后于许多工业发达的国家。贯彻模具标准,采用模具标准件,不但能有效提高模具质量,而且能降低模具生产成本及打打缩短模具生产周期。随着工业产品多品种、小批量、个性化、快周期生产的发展,为了提高市场经济中得快速应变能力和竞争能力,在模具生产周期愈来愈重要的今天,模具标准化的意义更为重大。其他还有一些问题,比如缺乏相关人才、面对外资企业的挑战以及缺乏自主品牌等。我国模具将来大体发展方向应该如下1)模具结构日趋大型,精密,复杂及寿命日益提高2)CAD/CAE/CAM技术在模具设计中的大量应用3)快速经济制模技术的推广应用4)新技术在模具设计制造中的推广应用5)提高模具标准化水平和标准件的使用率6)开发优质模具材料和先进表面处理技术7)高速削铣在模具中的推广应用8)研究和应用模具的高速测量技术和逆向工程多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计39)开发成型新工艺和新模具,培养新理念和新模式。1.3本课题应达到的要求此次设计主要是围绕多项固定支架模具设计展开的,运用落料、冲孔、弯曲等冲压飞、工序设计冷冲压成形复合模具。通过近期事件查阅资料和毕业调研,我对本课题的主要设计意图有了一定的了解,认真分析了要完成的设计任务。本课题要解决的关键问题主要包括以下三点1.对零件进行工艺分析,进行冲压工艺方案和模具结构方案设计2.对复合冲压模具零部件工艺参数进行参数选择及验算3.确定冷冲压加工工艺方案,绘制复合冲压模具装配图和零件图。对于上述关键问题,虽然处理起来比较困哪,但自己也要一步步解决。本课题需要运用机械、材料成形、冷冲压模具、CAD、Pro/E等画图软件的知识,需要相当广阔的知识面和较高的专业水平。具体的解决方法包括以下几个方面1.在课题研究初期,我借阅了大量有关冷冲压模具设计制造方面的书籍,同时在网上搜索了大量关于冷冲压模具的资料与论文。并结合课题要求,有针对性的摘抄了一定的读书笔记。2.深入工厂进行课题调研,了解模具设计时间工作中需要考虑的问题。虚心向工人师傅们请教本课题中遇到的不解之处,为以后的设计提供资料和积累宝贵经验,避免走不必要的弯路。同时,虚心向老师请教设计过程中遇到的问题。3.通过所学知识和大量查阅资料对零件进行工艺分析和工艺参数计算,根据零件所需冷冲压工序设计出复合冲压模具。无锡太湖学院学士学位论文42冲压工艺设计2.1冲压件简介形状和尺寸如下图所示。材料为08F,板材厚度0.5mm。零件图如下图2.1零件图表21冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差1基本尺寸尺寸的类型包容表面被包容表面暴露表面及中心距≤30.250.25±0.153~60.300.306~100.360.36±0.21510~180.430.4318~300.520.52±0.3130~500.620.6250~800.740.74±0.43580~1200.870.87120~1801.001.00±0.575180~2501.151.15250~3151.301.30±0.70315~4001.401.40400~5001.551.55±0.875500~6301.751.75630~8002.002.00±1.15800~10002.302.301000~12502.602.60±1.15查表21冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差(即参考文献1,P217页,表818冲裁和拉深件未注公差尺寸的偏差),得各尺寸的偏差,各尺寸带偏差后的尺寸如图2.2所示。多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计5图2.2带偏差的零件图2.2冲压的工艺性分析冲压工艺分析主要考虑产品的冲压成形工艺,最主要的是包括技术和经济两方面内容。在技术方面,根据产品图纸,主要分析零件的形状特点、尺寸大小、精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求在经济方面,主要根据冲压件的生产批量,分析产品成本,阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。因此工艺分析,主要是讨论在不影响零件使用的前提下,能否以最简单最经济的方法冲压出来。1.影响冲压件工艺性的因素很多,从技术和经济方面考虑,主要因素①工件主要是以弯曲为主,部分成形。②工件展开后外形为平板形状,适宜冲裁工件。③工件没有悬壁。④材料为普通碳素钢08F,是常见的冲压材料。⑤工件尺寸要求不是很高,尺寸未注公差按IT14级处理。⑥生产批量。一般来说,大批量生产时,可选用连续和高效冲压设备,以提高生产效率中小批量生产时,常采用简单模或复合模,以降低模具制造费用。综上所述,此工件适宜冲裁。2.本冲压件工艺分析如下①图形分析形状较复杂,展开后相对不是很复杂,主要是落料、冲孔、弯曲、成形。②尺寸分析尺寸公差要求一般,未注公差尺寸均取IT14级。③材料08F,是常见的冲裁材料。零件用的是厚0.5mm的08F钢。08F钢为极软的碳素钢,强度、硬度很低,而韧性和塑性极高,具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性,淬硬性及淬透性极低。大多轧制成高精度的薄板或冷轧钢带用以制造易加工成形,强度低的深冲压或深拉延的覆盖无锡太湖学院学士学位论文6零件和焊接构件。1)化学成份碳C0.05~0.11硅Si≤0.03锰Mn0.25~0.50硫S≤0.035磷P≤0.035铬Cr≤0.10镍Ni≤0.30铜Cu≤0.202)力学性能抗拉强度σbMPa275383MPa屈服强度σsMPa177MPa伸长率δ5%32断面收缩率ψ%≥60硬度未热处理,≤131HB试样尺寸试样尺寸为25mm3)热处理规范及金相组织热处理规范正火930℃,≤30min,空冷。金相组织铁素体极少量珠光体。表2.1黑色金属的力学性能2材料名称牌号材料状态抗剪强度τ/(Mpa)抗拉强度σb/Mpa)伸长率δ10/)屈服强度σs/Mpa)普通碳素钢Q235未退火3103804404702125240Q2754005005806201519280优质碳素结构钢08F已退火21630427538332177102603403004402921020280400360510252504544056055070016360黄铜H62软态26030035380半硬态30038020200H68软态24030040100半硬态28035025锡磷青铜锡锌青铜QSn6.52.5QSn43软26030038140硬48055035特硬50065012550多向固定支架冷冲压工艺及级进模设计7④批量一年生产30万件是批量生产。⑤冲压工序落料、冲孔、弯曲、成形。⑥冲裁间隙根据料厚t0.5,再查表22冲裁模初始双面间隙(即参考文献3,P20页,表210),得双面间隙Z=0.040~0.060mm。表22冲裁模初始双面间隙Z3材料厚度t08F、08、10、15,09Mn2、Q23516Mn45、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极小间隙0.50.0400.0600.0400.0600.0400.0600.0400.0600.60.0480.0720.0480.0720.0480.0720.0480.0720.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.0920.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.0920.90.0900.1260.0900.1260.0900.1260.0900.1261.00.1000.1400.1000.1400.1000.1400.0900.1262.3冲压工艺方案的确定2.3.1冲压模具类型经过对冲压件的工艺分析后,结合产品进行必要的工艺计算,并在分析冲压工艺,工序顺序组合方式的基础上,提出各种可能的冲压分析方案。方案一单工序模。模具结构简单,落料和冲孔可以生产出工件,需要两副模具,由于一年需生产30万件工件,数量大,生产效率低于实际生产需求。故不能采用单工序模。方案二复合模。本产品工序太多,不能采用一副复合模完成。方案三连续模。连续模的优点能实现冲压自动化,日产量非常高,满足一年生产30万件的生产要求。可节省劳动力成本,能保证工件的位置精度和工件的质量连续模的缺点模具结构复杂,制造成本高,模具调试难度大,制造周期长,通常材料率很低,必须批量非常大,否则产品成本很高。因此综合考虑工艺和模具设计的可行性,产品质量,生产周期,产品批量,节省成本等因素,采用方案三。2.3.2冲压工艺分析和计算主要成形工艺弯曲、冲孔、成形和落料或切断,其中弯曲有两处,外侧比较大的是U型弯曲,需作展开计算,中间小的弯曲成30°也需展开计算。成形部分比较浅,不需展开计算,落料或切断有后续工序再计算,下面针对两处弯曲进行展开计算。一、外侧弯曲展开计算U型弯曲的内侧圆角半径为0.5mm,查表23最小弯曲圆角半径的数值(参考文献3,P81页,表达式31最小弯曲圆角半径的数值),得08铁垂直碾压方向为0.1t,平行碾压方向为0.4t,由于08F钢性能优于08钢,故可以借用。无锡太湖学院学士学位论文8所以,0.4t0.40.50.28768798873.3确定排样图在冲压零件中,材料费用占60以上,排样的目的就在于合理利用原材料,因此材料的利用率是决定产品成本的重要因素,必须认真计算,确保排样相对合理,以达到较好的材料利用率。排样方法可分为三种1.有废料排样2.少废料样3.无废料排样少废料排样的材料利用率也可达70-90。但采用少、无废料排样时也存在一些缺点,就是由于条料本身的公差以及条料导向与定们所产生的误差,使工作的质量和精度较低。另外,由于采用单边剪切,可影响断面质量和模具寿命。排样时工件之间以及工件与带料侧边之间留下的余料叫做搭边。搭边的作用是补偿定位误差,保证冲出合格的工件。还可以使带料有一定的刚度,便于送进。根据本工件的形状和批量,对模寿命有一定要求,固采用有废料排样方法。3.3.1送料步距与带料宽度本模具排样采用单排横排排列,采用单侧侧刃粗定距,再用导正销精定位。送料步距SL1L2(31)式中L1产品送料方向最大尺寸L2产品送料方向切搭边宽度,必须不小于a1a1送料方向搭边。已知L123.08mm,L22mm(考虑凸模不能太窄,从2mm增大至3mm)所以S23.08225.08mm。根据本模具的特点带料宽度012maxbbLDB(32)式中Dmax产品送料方向最大尺寸L2切搭边宽度,必须不小于a1b载体宽度

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