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热冲压模具冷却系统的设计摘要热冲压和高强度钢材在汽车行业正越来越受欢迎。热冲压是通过加热和按下推进器水冷工具来实现钢板高强度的一种工艺,冷却系统对该工艺的影响很大。本文提出了一种对冷却管道系统进行优化的设计过程,介绍一种在冷却系统上进行有限元分析与一个特定的进化算法的优化程序。通过对每个单独程序组件进行了优化设计,然后让热冲压工艺和THERMOMECHANICALLY热模拟相结合的优化方案。关键词热冲压、有限元法FEM,优化1概述近年来,在不降低安全标准的前提下减轻重量已成为汽车工业的研究重点。热冲压、高强度钢对此提供了可能性,不但降低重量而且提高了乘车的安全系数。为了达到高强度,利用热冲压将高强度钢加热奥氏体温度范围,然后对其进行迅速冷却,马氏体转变发生。在热冲压工艺中,工件的温度必须保持在200C以上,实现高强度。到目前为止,很少有对冷却系统进行研究的热冲压模具。本文介绍了一种系统化的设计方法,热冲压工具与冷却系统达到最佳而快速。在这个例子中,冷却系统进行了优化帮助进行有限元分析与一个特定的进化算法,随后一系列的热成形过程的数值THERMOMECHANICALLY热模拟以及观察传热和冷却速率来优化冷却系统,在高温的冲压工刀具运动需要的时间相对整个过程的时间较短。因此,热冲压过程必须有足够的工具、合理的准确性计算与短时间的快速设计。模具的冷却系统分析了包括这项议案的一项形成过程是很有必要的,可以提高预测精度。在本文中,第2章介绍了一辆汽车和其相应的热冲压原件,第3章中介绍了优化有限元分析的程序及进化算法。随后,结果通过热分析与热、光的优化为热冲压模具设计提供了科学依据。2热冲压模具的冷却21动机提高了工艺流程的经济性和优化了成形零件的特点、热冲压才能达到设计最佳状况。因此,本研究的主要目的是优化设计一种在经济冷却系统热冲压工具才能获得有效的冷却速率的工具。到目前为止,只有很少数的人进行了有关冷却系统在热冲压工具的应用。因此,先进的设计方法配以适当的仿真模型完成要求的优化调查,达到工具和产品的快速完成和尽可能的精确。22热冲压和模具冷却的工艺特点在直接热成形工艺中,QUENCHABLEBORONMANGANESE合金钢热冲压和模具冷却是常用。同时,热冲压和模具冷却是其中的一个具有代表意义的材料超高强度钢。因此,在此研究中,热冲压和模具冷却的铝预表阿塞洛USIBOR被认为是空白的材料。材料热冲压和模具冷却的拉伸强度600MPA在临界状态,材料的拉伸强度通过热冲压工艺显著增加。更高的抗拉强度达到了热冲压工艺是通过快速冷却至少27的速度C/S2。作为在奥氏体冷却淬火过程非常快马氏体相变将发生。该微结构提供与马氏体与硬化的最终产品较高的抗拉强度达到1500兆帕。23工具组件和检验原型的组成及其热冲压工具运动学是如图1所示,最初的空白,该试验的一部分,在图2。最初的空白的430MM尺寸X175MMX170MM和抽签仪式提出了一种深度的检验的一部分是30毫米。24冲压模具冷却系统该工具设计必须考虑能够达到的最大的降温速率和热冲压零件的温度分布均匀性。因此,冷却系统需要被整合到工具。这冷却系统冷却管靠近工具轮廓目前认为是一种有效的解决方案。然而,冷却管的几何形状限制因在钻井和约束也应放置导管尽可能在尽可能的靠近但足以有效的冷却远离工具轮廓,以避免任何塑性变形在热成形工艺的工具。保证满意绘制部分的特点,整个活跃部位,该工具冲压、模具、压边及解决冲床需要设计冷却充分。3冷却系统的设计31优化的进化算法图3为每个工具的优化程序。为优化程序设计的冷却系统呈现在图3。在这个过程中,冷却在每个通道可优化工具通过具体的进化算法EA,这是在发达的ISFINSTITUTFERTIGUNG皮毛SPANNENDE多特蒙德,大学德国,为优化注塑工具适用于设计和冷却系统在热冲压件工具3、4。作为约束条件进行优化,可得到的大小的连接器和插座,最低的墙以及NONINTERSECTION厚度的钻孔因素也被考虑在内。反推最小距离冷却风管和卸之间/装载工具轮廓A/X和最小距离冷却管S通过有限元分析确定。参数的冷却系统如通道的数量一根链条上的序贯孔,钻孔每通道和直径的孔洞每个工具组件也提供作为神经网络的输入参数的优化。这些输入参数可从现有的设计通过有限元模拟指南或。基于输入初始解生成随机参数通过EA或手动,由用户。从初始解,EA创造新的解决方案经过重组的电流修改他们的解决方案和随机的。定义了随后被用于约束的校正生成的解决方案和消除作废的解决方案。所有的生成方案最优标准等进行有效的冷却率和均匀冷却。最后,最好的解决办法为优化冷却通道选择对选定的工具组件32冷却通道的优化在我们的研究,选定的管的直径对8毫米和12MM8毫米,12MM冲床、毫米到16毫米之间死亡,8毫米和10毫米反凸模和8毫米为空白持有人。EA是用于储放冷却通道根据给定的输入翻案和约束条件每个工具组件。优化后的型材的8毫米直径的渠道,为管道在图4。4最佳冷却系统的评价冷却通道的渠道设计产生EA每个工具组件以不同的孔直径和其冷却性能进行了评估,采用铁模拟。41热学分析在设计和开发阶段的热冲压件工具,这是很重要的,估计热冲压工艺定性和定量地在很短的时间经济制造的工具。为了这个目的,两个瞬态热模拟的基础上进行利用ABAQUS/标准,一个隐式方法。在这个分析12379曾被选为钢的刀具材料。这仿真模型包含4工具组件冲床,死亡,压边和反拳。如表1所,选择与优化组合的零件冷却通道的方法。V1是这种变体组合优化工具和小冷却风管直径大,而变种冷却风管。V2直径。表1设计工具的组合进行有限元分析。摘要为了代表一系列生产流程,一个循环数的热冲压的过程模拟为一个周期传热分析。图5的表明有限元模型包括边界CONDITIONSFIGURE5有限元模型和边界条件。这种热成形工艺的部分的样机这样的设计周期时间是30秒。在一个周期内,冲压运动的形成需要3秒,这种工具关闭了17秒的空白,它可以使淬火另一个10秒开发工具和定位的下一步空白的工具。然而,在这种热分析运动和变形工具坯料的却没有考虑到减少了计算量。因此,只有进行了传热分析是在一个封闭的工具。在热分析、淬火过程耗时的地方2017秒秒来代替,因为运动冲压不考虑。假定空白有一个最初的稳态温度TB,0C由于850从950C冷却免费在转运环境。最初的工具的温度TT,0假设为20C在第一个周期和变化周期周期。冷却介质的温度TC假设为室温。边界的旁边条件、材料性能的热冲压和模具冷却的工艺要求从热拉伸试验,获得了LFT举办LEHRSTUHL皮毛FERTIGUNGSTECHNOLOGIE,大学ERLANGENNURNBERG、德国,和他在一起共同研究在热冲压被带领2。在分析中,对流从空白和工具的环境他,办理在每一个工具,对流从工具融入到冷却通道HC和传热热空白是CONSIDEREDC工具HERE,C,是THECHTC接触传热系数,描述了热通量的数量从毛坯到工具。这通常取决于系数之间的差距的工具和D空白和接触压力P它增加通常是作为接触压力的增加而增加。然而,在热分析了CHTC压力是无效的,依赖但是差距是使用相关系数。CHTC是假设为5000WC/M2在零距离之间的空白和工具缺口和保持常数,直到差距的增加而增加超越批判价值。42机械分析仿真与传统热成形是不同的板料成形过程模拟,其中的分布规律在温度或压力的工具被忽视。为快速又简单的方法去分析热成形工艺的工具与空白被建成有壳单元在其他的研究5,6。在这些研究中,研究温度可能是分布式沿厚度的壳元素和用户自定义函数的温度,但这件工具是内温度不考虑。同时,在仿真模型的加热,在一系列的工具热冲压过程不被考虑。此外,壳模型,对接触热的问题只是足够于相对较短的接触时间6。因此,我们在研究工具和空白与体积元模拟仿制的顺序的在一系列的传热过程。热力的进行仿真是ABAQUS/显性。在热分析、比较,整个形成和淬火工艺是仿制,而动态温度和应力响应的工具进行了模拟接触热利用空白TIMETEMPERATURE依赖流动应力曲线。热更准确地表达了转会应该使用在接触压力CHTC场所依赖改变在形成过程。此外,气温依赖的热导率和比热也会考虑。然而,在通过热分析,为号元素的增加,铁的复杂性问题显著的增加。在传统的成形有限元模拟提出了一种自适应网格可以通常用来闲了仿真时间,来获得更多的精确解接触面积。然而,自适应网格细化在计算在热力不稳定的原因分析。因此,一个雅致的网格更高的冲压速度被认为是减少模拟时间。传热系数的结垢因此,获得相同的热通量7。1XXXX学院毕业设计系部指导老师专业模具设计与制造班级小组号组长同组人日期年月日2目录摘要31引言411模具行业的发展现状及市场前景412课题来源和研究意义513国内外在该方向的研究现状及分析614冲压工艺分析815毕业设计的意义与目的92本课题冲压件的工艺性分析921冲裁件的结构工艺性11211冲裁件的形状11212冲裁件的尺寸精度113制件冲压工艺方案的确定1231冲压工序的组合124制件排样图的设计及材料利用率的计算1341展开尺寸的计算1342制件排样图的设计14421搭边与料宽1443材料利用率的计算165确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心1751落料冲孔模1752翻边弯曲力的计算1753压弯成型力的计算1854整形力的计算1955压力中心的计算1956压力机的选用216凸、凹模刃口尺寸计算2261翻边,弯曲模2262落料,冲孔凸、凹模刃口尺寸23621计算原则23622凸模和凹模配合加工257模具整体结构形式设计2871落料冲孔模结构形式2872翻边压型模的结构形式2873压弯压型模的结构形式2974整形模的结构形式2975模具的动作原理308模具零件的结构设计3181落料冲孔模结构31811凸凹模的设计31812落料凹模的设计3182翻边压型模的结构设计34821凸凹模的设计343822翻边凹模的设计3483压弯压型模具结构设计35831凸模的设计35832凹模的设计369压力机的校核3791压力机的校核3710模具的总装配38设计小结39致谢40参考文献414摘要随着模具制造的技能化逐步向科学化发展,逐渐由以前手动方式发展为利用软件等高科技方式来辅助设计的完成。冷冲模是其中的一种。毕业设计是在模具专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的一次总检验,是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是,综合运用所学课程的理论和实践知识,设计一副完整的模具训练、培养和提高自己的工作能力。巩固和扩充模具专业课程所学内容,掌握模具设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。熟练查阅相关技术资料。掌握模具设计与制造的基本技能,如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料,绘图及编写设计技术文件等。冲压工艺与模具设计应结合工厂的设备、人员等实际情况,从零件的质量、生产效率、生产成本、劳动强度、环境的保护以及生产的安全性各个方面综合考虑,选择技术先进、经济合理、使用安全可靠的工艺方案和模具,以使冲压件的生产在保证达到设计图样上的各项技术要求,尽可能降低冲压的工艺成本和保证安全生产。关键词工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料,绘图及编写设计技术文件等。51引言11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700亿至850亿美元,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15的年增长率(据不完全统计,2005年国内模具进口总值达到700多亿,同时,有近250个亿的出口),到2007年模具产值预计为700亿元,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2006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。2005年我国汽车产销量均突破550万辆,预计2007年产销量各突破700万辆,轿车产量将达到300万辆。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。模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志,就我国而言,经过了这几十年曲折的发展,模具行业也初具规模,从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步,但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。随着各种加工工艺和多种设计软件的应用使的模具的应用和设计更为方便。随着信息产业的不断发展,模具的设计和制造也越来越趋近于国际化。现在模具的计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)技术的研究和应用。大大提搞了模具设计和制造的效率。减短了生产周期。采用模具CAD/CAM技术,还可提高模具质量,大大减少设计和制造人员的重复劳动,使设计者有可能把精力用在创新和开发上。尤其是PRO/E和UG等软件的应用更进一步推动了模具产业的发展。数控技术的发展使模具工作零件的加工趋进于自动化。电火花和线切割技术的广泛应用也对模具行业起到了飞越发展。模具的标准化程度在国内外现在也比较明显。特别是对一些通用件的使用应用的越来越多。其大大6的提高了它们的互换性。加强了各个地区的合作。对整个模具的行业水平的提高也起到了重要的作用。12课题来源和研究意义本设计题目由实习单位提供,经系指导老师审核通过的。本设计题目涉及的主要内容是对冲压模的设计,研究目的是在厂原有的基础上,对模具进行改进设计,提高产品质量与效益。在二十世纪中期甚至更早,国外就已经出现很多对模具及模具工业的高度评价与精辟的比喻。例如“模具是美国工业的基石”美国;“模具是促进社会繁荣富强的原动力”日本;“模具工业是金属加工的帝王”德国;“模具是黄金”东欧等。在二十世纪未,中国人才开始认识到其极端重要性,作出了科学的评价“模具工业是现代工业之母”中国。21世纪的制造业,正从以机器为特征的传统技术时代,向着以信息为特征的技术时代迈进,即用信息技术改造和提升传统产业。经济全球化和世界市场一体化加速发展,不断加剧了制造商之间的竞争,提出了快速反应市场的要求,与之相适应,制造业对柔性自动化技术及装备的要求更加迫切而强烈。同时,微电子技术和信息通信技术的快速发展,为柔性自动化提供了重要的技术支撑,工业装备的数控化、自动化、柔性化呈现蓬勃发展的态势。现今,全世界模具工业年总产值约为650亿美元,其中亚洲地区占到全世界一半的总产值。而在亚洲,最高属于日本,年产值达200亿美元上下。美国的年产值为50亿美元。中国也在后来居上,现在已经达到70亿美元。然而,产值并不等同于技术质量。虽然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,但与发展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。而技术含量低的模具已供过于求,市场利润空间狭小。近五年来,平均每年进口模具约为112亿美元,2003年就进口了近137亿的模具,这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。这表示中国大陆模具业的发展潜力仍然很巨大。这就是这次研究的意义。713国内外在该方向的研究现状及分析在世界上大多数国家和地区,模具及模具工业早已成为了一个行业,有专门的行业组织机构指导和推动模具工业的发展。比如日本有“型技术协会”,台湾地区有“台湾模具工业同业公会”,我国有“中国模具工业协会”,各省市均有其分会。模具行业已成为一个大行业,仅我国的模具企业已达到了数万家之多。近年来,我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具,中档轿车配套的覆盖件模具和多工位级进模也能生产了。模具精度达到12M,寿命2亿次左右。表面粗糙度达到RA15M的精冲模、大尺寸(300MM)精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。华中工学院和北京模具厂等在1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。21世纪开始,CAD/CAM技术逐渐普及,现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术,其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期,降低生产成本,提高产品质量,已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间,已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术,数控加工的使用率也越来越高,并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG,美国PARAMETRICTECHNOLOGY公司的PRO/ENGINEER,美国CV公司的CADSS,英国DELCAM公司的DOCT5,日本HZS公司的CRADE及SPACEE,以色列公司的CIMATRON还引进了AUTOCADCATIA等软件及法国MARTADARAVISION公司用于汽车及覆盖件模具的EUCLIDIS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD,多数企业已经向三维过渡,总图生产逐步代替零件图生产。在冲压成型CAE软件方面,除了引进的软件外,华中科技术大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件,并已在实践中得到成功应用,产生了良好的8效益。快速原型(RP)传统的快速经济模具相结合,快速制造大型汽车覆盖件模具,解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具,模具精度低、制件精度低和制造难等问题,实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造。它标志着RPM应用于汽车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造,近年来也涌现出一些新的快速成型方法。例如,目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。14冲压工艺分析冲压工艺是塑性加工的基本加工方法之一。它主要用于加工板料零件,所以有时也叫板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料,而且也可以加工非金属板料。冲压加工时,板料在模具的作用下,于其内部产生使之变形的内力。当内力的作用达到一定程度时,板料毛坯或毛坯的某个部位便会产生与内力的作用性质相对应的变形,从而获得一定的形状、尺寸和性能的零件。冲压生产靠模具与设备完成加工过程,所以它的生产率高,而且由于操作简便,也便于实现机械化和自动化。利用模具加工,可以获得其它加工方法所不能或难以制造的、形状复杂的零件。冲压产品的尺寸精度是由模具保证的,所以质量稳定,一般不需要再经过机械加工便可以使用。冲压加工一般不需要加热毛坯,也不像切削加工那样大量的切削材料,所以它不但节能,而且节约材料。冲压产品的表面质量较好,使用的原材料是冶金工厂大量生产的轧制板料或带料,在冲压过程中材料表面不受破坏。因此,冲压工艺是一种产品质量好而且成本低的加工工艺。用它生产的产品一般还具有重量轻且刚性好的特点。冲压加工在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、各种民用轻工产品以及航空、航天和兵工等的生产方面占据十分重要的地位。现代各种先进工业化国家的冲压生产都是十分发达的。在我国的现代化建设进程中,冲压生产占有重要的地位。9当今,随着科学技术的发展,冲压工艺技术也在不断革新和发展,这些革新和发展主要表现在以下几个方面(1)工艺分析计算方法的现代化(2)模具设计及制造技术的现代化(3)冲压生产的机械化和自动化(4)新的成型工艺以及技术的出现(5)不断改进板料的性能,以提高其成型能力和使用效果。15毕业设计的意义与目的毕业设计是一种综合性的训练,也是一个重要的专业实训环节,它综合性强,应用知识面宽。随着社会主义市场经济的不断发展,工业产品增多,产品更新换代加快,市场竞争激烈。模具作为一种工具已广泛地应用在各行各业之中。模具是现代化工业生产的重要工艺装备。在国民经济的各个工业部门都越来越多地依靠模具来进行生产加工。模具已成为国民经济的基础工业。模具已成为当代工业的重要手段和工艺发展方向之一。现代工业产品的品种和生产效益的提高,在很大程度上取决于模具的发展和技术经济水平。为了更进一步加强我们的设计能力,巩固所学的专业知识,在毕业之际,特安排了此次的毕业设计。毕业计也是我们专业在学完基础理论课,技术基础课和专业课的基础上,所设置的一个重要的实践性教学环节。本次设计的目的一、综合运用本专业所学的理论与生产实际知识,进行一次冲压模设计的实际训练,从而提高我们独立工作能力。二、巩固复习三年以来所学的各门学科的知识,以致能融贯通,进一步了解从模具设计到模具制造整个工艺流程。三、掌握模具设计的基本技能,如计算、绘图、查阅设计资料和手册,熟悉标准和规范等。由于本人设计水平有限,经验不足,错误难免,敬请老师批评、指导,不胜感激。102本课题冲压件的工艺性分析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。冲压用板料的表面和内在性能对冲压成品的质量影响很大,要求冲压材料厚度精确、均匀;表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等;屈服强度均匀,无明显方向性;均匀延伸率高;屈强比低;加工硬化性低。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。冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通的冲裁方法,在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此,冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求,对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大11的影响。21冲裁件的结构工艺性211冲裁件的形状图1零件及尺寸此制件为轮毂,其形状较简单,且对称,有圆角过渡,便于模具的加工和减少冲压时在尖角处开裂的现象,所选材料为08AL,此材料为优质碳素结构钢,力学性能,抗拉强度为330450MPA,抗剪强度为260360MPA,具有较好的冲裁性能。212冲裁件的尺寸精度冲裁件的精度主要以其尺寸精度、冲裁断面粗糙度、毛刺高度三个方面的指标来衡量,根据零件图上的尺寸标注及公差,可以判断属于尺寸精度为IT12IT14的经济级普通冲压。123制件冲压工艺方案的确定31冲压工序的组合冲裁工序可以分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。冲裁方式根据下列因素确定1、根据生产批量来确定对于年产量需求100万件的该产品来说,采用复合模或连续模较合适。2、根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高,而连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。3、根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定该产品的尺寸较小,考虑到单工序送料不方便和生产效率低,因此常采用复合冲裁或连续冲裁。连续冲裁又可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件。4、根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定,对复杂形状的冲裁件来说,采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜,因为模具制造安装调整较容易,且成本较低。5、根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁其出件或清除废料较困难,工作安全性较差,连续冲裁较安全。综上所述分析,在满足冲裁件质量与生产率的要求下,选择复合冲裁和单工序模结合的冲裁方式,其模具寿命较长,生产率高,操作较方便和工作安全性高。134制件排样图的设计及材料利用率的计算41展开尺寸的计算产品工序分为落料,翻边,弯曲,冲孔,翻孔等工序,计算毛坯展开尺寸,通常是将工序反过来计算。根据应变中性层在板料弯曲前后长度保持不变的特性,可将其作为确定弯曲件毛坯长度的依据。板料在塑性弯曲时,中性层的曲率半径的位置同弯曲变形程序有关,当其变形程度较小(R/T5)时,应变中性层与弯曲毛坯断面中心的轨迹相重合,即RT/2,但当变形弯曲程度较大(R/T5)时,因变形区内应力、应变为立体状态,中性层发生了内移。相对弯曲半径R/T愈小,中型层内移量愈大,且不是圆弧形状而类似抛物线形状,同时板料变薄也愈显著。这时,应变中型层的位置,可以按弯曲前后体积不变条件确定。根据以上原理,计算中型层尺寸D2033产品翻边时,材料流动类似弯曲,展开尺寸及图纸如下图,此尺寸目前是待定,在实际生产时需调节。1442制件排样图的设计排样时需考虑如下原则1、提高材料利用率(不影响冲件使用性能前提下,还可适当改变冲件的形状)2、合理排样方法使操作方便,劳动强度低且安全。3、模具结构简单、寿命长。4、保证冲件的质量和冲件对板料纤维方向的要求。421搭边与料宽1搭边排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用是补偿补偿定位误差,保持条料有一定的刚度,以保证零件质量和送料方便。搭边值要合理确定,值过大,材料利用率低;值过小,搭边的强度与刚度不够,冲裁时容易翘曲或被拉断,不仅会增大冲裁件毛刺,有时甚至单边拉入模具间隙,造成冲裁力不均,损坏模具刃口。因此,搭边的最小宽度大于塑性变形区的宽度,一般可取等于材料的厚度。搭边值的大小还与材料的力学性能、厚度、零件的形状与尺寸、排样的形式、送料及挡料方式、卸料方式等因素有关。搭边值一般由经验确定,根据所给材料厚度15MM,确定搭边工作间A1为25MM,A为25MM。具体可见排样图2。152送料步距和条料宽度的确定(1)送料步距条料在模具上每次送进的距离成为送料步距。每次只冲一个零件的步距S的计算公式为SDA11S14397MM式中D平行于送料方向的冲裁宽度;A1冲裁之间的搭边值。(2)条料宽度条料宽度的确定原则最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值,最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进,并与导料板之间有一定的间隙。当用孔定距时,可按下式计算条料宽度BDMAX2A22042250520905MM式中B条料的宽度(MM);DMAX冲裁件垂直于送料方向的最大尺寸(MM);A侧搭边值;条料宽度的单向(负向)公差;16剪切条料宽度偏差05,因此B20905。导料板间距离B0BCMIN209052095MMCMIN条料与导料板间的最小间隙。43材料利用率的计算一个步距内的材料利用率为NF/BS100(3)1216325/2091441007188式中F一个步距内冲裁件面积(包括冲出的小孔在内);N一个步距内冲裁件数目;B条料宽度(MM);S步距;175确定总冲压力和选用压力机及计算压力中心51落料冲孔模落料力计算FKL51F1376212215360535009644N535KN式中F冲裁力(N);L冲裁件周边长度(MM);材料抗剪强度(MPA);材料厚度;MMK系数,通常K13;冲孔力计算FNKL52F113(188517825132415)1536021409596N2141KNF卸K卸F530045(5352141)3371KNF顶K顶F54006(5352141)4495KN式中F冲裁力;F卸、F顶分别为卸料系数和顶件系数综上所述,总的落料冲孔力为F总53521413371449582776KN52翻边弯曲力的计算翻边力一般不大,可按以下公式近似计算18P11LT其中P翻边力(N);L翻边外周长(MM);T材料厚度(MM);材料屈服极限;MPA计算P11215353608528KN胀形力的计算,暂时还没有具体的计算公式,这里可以把胀形看成浅拉深,具体的拉深力的计算方法如下一般采用经验计算方法,经验公式建立的基点是,拉伸力的数值略小于拉伸件危险断面的断裂力;断裂与拉伸力的比值用系数K表示;K值的大小取决于拉伸件的形状及变形方式。其数值由实验确定。拉伸力可按下式计算PLK1T52F072(314427614153)1536010722964N10723KN式中F拉伸力(N);L拉伸周长(MM);材料抗剪强度(MPA);T材料厚度;MMK修正系数(查表可得),K072;卸料力F3K卸F(查冷冲压工艺与模具设计得K卸00501)F3(852510723)008154KN综上所述,总的翻边成型力为F总85251072315420788KN53压弯成型力的计算此工件U形弯曲时力的计算,选计算公式为F自4KBTTB/RT1921315851515360/21111267N11127KNF自材料在冲压行程结束时的自由弯曲力B弯曲件的宽度T弯曲件厚度R弯曲件内弯角半径K安全系数B材料的强度极限B查表294432,取380综上所述,总的压弯成型力为F总11127KN54整形力的计算由于两边缘在成形后会回弹,所以该部分在成形后须校正。所以需要整形模来实现,整形力的计算校正弯曲力F校AP查手册表317P100MP校正面积A2158517555475MM2校正力F55475100MP55475KN综上所述,总的整形力F总55475KN后续冲孔翻孔力的计算,这里将不一一介绍。55压力中心的计算模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。20冲模的压力中心,可按下述原则来确定()对称形状的单个冲压件,冲模的压力中心就是冲压件的几何中心。()工件形状相同且分布位置对称时,冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。()形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的座标位置O0X0,Y,即为所求模具的压力中心。计算公式为21因冲压力与冲压周边长度成正比,所以式中的各冲压力P、PN,可分别用各冲压周边长度L、LN代替,即56压力机的选用初步确定压力机的型号F公称F总因此序选择压力机的型号为JH21100压力机,其基本参数如下表格(表一)公称压力/KN1000滑块行程/MM120垫板尺寸/MM直径60滑块行程次数/(次/MIN)75模柄孔尺寸/MM深度80最大封闭高度/MM400封闭高度调节量85滑块底面积尺寸/MM立柱间距离480床身最大可倾角20前后600工作台尺寸/MM左右100022工作台厚度906凸、凹模刃口尺寸计算61翻边,弯曲模翻边弯曲凸凹模圆角半径对工作影响很大。毛坯经凹模圆角进入凹模时,受弯曲和摩擦作用,若凹模圆角半径过小,因径向拉力增大,易使拉伸件表面划伤或产生断裂;若过大,则压边面积小,由于悬空增大,易起内皱。因此,合理的选择凹模圆角半径很重要。具体数值查表可得。凸凹模之间的间隙对冲压力、制件质量、模具寿命等都有影响。间隙过大,容易起皱,制件有锥度,精度差;间隙过小,增加摩擦,导致之间边薄严重,甚至拉裂。因此,正确地确定凸模和凹模之间的间隙是很重要的。翻边,弯曲模间隙是单面间隙,即凹模和凸模直径之差的一半。本次设计的模具结构为凸模在上的成型结构,在选择间隙时可以直接查表,一次成型,所以查表可知间隙为111T,T为材料厚度。凸、凹模工作部分尺寸的确定,主要考虑模具的磨损和工件的回弹。尺寸公差在最后一道整形工序考虑,前道翻边,弯曲,成型等工序间隙可以适量加大,保证产品外观美观,无划伤和拉伤等现象,所以前面工序取间隙为1011T,即凸模与凹模之间单边间隙为16。1)、制件标注外形尺寸凹模尺寸为LD(LMAX075)凸模尺寸为LP(LD075Z)2)、制件标注内尺寸凸模尺寸为LP(LMIN04)凹模尺寸为LD(LP04Z)23其中L拉伸件的外形或内尺寸拉伸件的尺寸偏差LD拉伸凹模的基本尺寸LP拉伸凸模的基本尺寸Z凸凹模双面间隙本设计产品形状复杂,这里不一一审核计算结果。凸、凹模工作表面粗造度要求凹模工作表面和型腔表面粗造度应达到08;圆角处的表面粗造度一般要求04;凸模工作部分表面粗造度一般要求0816。62落料,冲孔凸、凹模刃口尺寸621计算原则设计落料模先确定凹模刃口尺寸,以凹模为基准,间隙取在凸模上;设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸,以凸模为基准,间隙取在凹模上。间隙是影响模具寿命的各种因素中占最主要的一个。冲裁过程中,凸模与被冲的孔之间,凹模与落料件之间的均有磨檫,而且间隙越小,磨檫越严重。在实际生产中受到制造误差和装配精度的限制,凸模不可能绝对垂直于凹模平面,而且间隙也不会绝对均匀分布,合理的间隙均可使凸模、凹模侧面与材料间的磨檫减小,并缓减间隙不均匀的不利影响,从而提高模具的使用寿命。冲裁间隙对冲裁力的影响虽然冲裁力随冲裁间隙的增大有一定程度的降低,但是当单边间隙介于材料厚度520范围时,冲裁力的降低并不明显(仅降低510左右)。因此,在正常情况下,间隙对冲裁力的影响不大。冲裁间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响间隙对斜料力、推件力、顶件力的影响较为显著。间隙增大后,从凸模上斜、从凸模孔口中推出或顶出零件都将省力。一般当单边间隙增大到材料厚度的1525左右时斜料力几乎减到零。24冲裁间隙对尺寸精度的影响间隙对冲裁件尺寸精度的影响的规律,对于冲孔和切边是不同的,并且与材料轧制的纤维方向有关。通过以上分析可以看出,冲裁间隙对断面质量、模具寿命、冲裁力、斜料力、推件力、顶件力以及冲裁件尺寸精度的影响规律均不相同。因此,并不存在一个绝对合理的间隙数值,能同时满足断面质量最佳,尺寸精度最佳,冲裁模具寿命最长,冲裁力、斜料力、推件力、顶件力最小等各个方面的要求。在冲压的实际生产过程中,间隙的选用主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个方面的主要因素。但许多研究结果表明,能够保证良好的冲裁件断面质量的间隙数值和可以获得较高的冲模寿命的间隙数值也是不一致的。一般说来,当对冲裁件断面质量要求较高时,应选取较小的间隙值,而当对冲裁件的质量要求不是很高时,则应适当地加大间隙值以利于提高冲模的使用寿命。根据冲模在使用过程中的磨损规律,设计落料模时,凹模基本尺寸应取接近或等于零件的最小极限尺寸;设计冲孔模时,凸模基本尺寸则取接近或等于冲孔件的最大极限尺寸。按冲件精度和模具可能磨损程度,凸、凹模磨损留量在公差范围内的0510之间。磨损量用X表示,其中为冲件的公差值,X为磨损系数,其值在0510之间,与冲件制造精度有关,可按下列关系选取零件精度IT10以上X1零件精度IT11IT13X075零件精度IT14X05。不管落料还是冲孔,冲裁间隙一律采用最小合理间隙值(ZMIN)。选择模具制造公差时,一般冲模精度较零件高34级。对于形状简单的圆形、方形刃口,其制造偏差值可按IT6IT7级选取;对于形状复杂的刃口尺寸制造偏差可按零件相应部位公差值的1/4来选取;对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取冲件相应部位公差值的1/8并冠以();若零件没有标注公差,则可按IT14级取值。零件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差应按“入体”原则标注单向公差,即落料件上偏差为零,只标注下偏差;冲孔件下偏差为零,只标注上偏差。如果零件公差是依双向偏差标注的,则应换算成单向标注。磨25损后无变化的尺寸除外。622凸模和凹模配合加工配合加工方法,就是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个,然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。采用这种方法不仅容易保证冲裁间隙,而且还可以放大基准件的公差,不必检验DPZMAXZMIN。同时还能大大简化设计模具的绘图工作。目前,工厂对单件生产的模具或冲制复杂形状的模具,广泛采用配合加工的方法来设计制造。冲孔凸模和落料凹模尺寸按下列公式计算冲孔时DPDMINXP61落料时DPDMAXXZMINP62式中DPDP分别为落料和冲孔凸模的刃口尺寸(MM);DMAX为落料件的最大极限尺寸(MM);DMIN为冲孔件的最小极限尺寸(MM);工件公差;P凸模制造公差,通常取P/4;P刃口中心距对称偏差,通常取P/8;LP凸模中心距尺寸(MM);L冲件中心距基本尺寸(MM);ZMIN最小冲裁间隙(MM);落料凹模尺寸AJ1AMAXX20330500420328002AJ2AMAXX136050041359800226AJ3AMAXX13050041298002落料凸模尺寸AH1AJ12Z203320052032002AH2AJ12Z13620051359002AH3AJ12Z130051295002冲孔凸模尺寸BJ1AMINX/4605004602002BJ2AMINX/4805004802002BJ3AMINX/430050043002002BJ4AMINX/419050041902002BJ5AMINX/421050042102002冲孔凹模尺寸BH1AMIN2Z/462005610002BH2AMIN2Z/48200581000227BH3AMIN2Z/43020053010002BH4AMIN2Z/41920051910002BH5AMIN2Z/42120052110002287模具整体结构形式设计71落料冲孔模结构形式72翻边压型模的结构形式2973压弯压型模的结构形式74整形模的结构形式3075模具的动作原理落料冲孔模,翻边压型模,压弯压型模,整形模等模具(装配图如图所示)在一次行程过程中完成制件的落料、冲孔,翻边,弯曲等多个工序。模具上模采用刚性卸料装置,将条料插入定位,顶到前面定位,这时下模的顶件板与落料凹模一样平。当压力滑块下行时,毛坯料被压在凹模与凸凹模之间,继续下行,毛坯料被四周落料,继续下行,凸模中间顶出,毛坯料沿凹模R角往里拉深,到达拉深跟部,达到要求,压力滑块上行,产品在凹模里,这时反拉伸图模又起到卸料的作用,将产品打下,下模的顶料板靠模具下面的树脂压缩顶出复位,完成一次冲压过程。本次设计的复合模,在压力机的一次行程中,经一次送料定位,在模具的同一部位同时完成两道工序,其冲裁件的相互位置精度高,对条料的定位精度也比较高,因为需要用导料板对条料宽度进行导向。冲压件精度高,可以很好的保证工件的形状和尺寸精度,模具结构较一般,制造精度要求比较高,制造周期短,价格相对较低,节约了成本。工序较集中排除了半成品搬运时间,提高了生产效率。这种模具适用于生产批量大,精度要求高,内外形尺寸差较大的冲裁件。这样操作方便,生产效率提高很多。所选的模架螺钉等零件都是从标准件中选取,这样可有效的降低成本。318模具零件的结构设计81落料冲孔模结构811凸凹模的设计材料CR12MOV硬度5862HRC,(如图)凸模材料选用CR12MOV,淬火硬度达到5862HRC。采用螺钉和销钉直接与下模板固定。812落料凹模的设计材料CR12MOV硬度5558HRC形状结构(如图)32凹模材料选用CR12MOV,淬火硬度达到5862HRC。凹模采用螺钉固定结构,与上模板配合,采用镶拼式结构,这样简化了模具的结构,节省了材料的成本。上、下模座中间联以导向装置的总体称为模架。通常都是根据凹模最大外形尺寸D。选用标准模架。凹模最大外形尺寸D200MM,选用标准模架。模具的闭合高度H200240MM,上模采用刚性卸料装置,下模采用弹性卸料装置。上下模座选用材料为HT300,下模板厚度100,上模板厚度80。上、下模座螺钉选取上模座选用13颗M10X80的内六角圆柱头螺钉固定。下模座选用2颗M10X80的内六角圆柱头螺钉固定。螺钉卸料螺钉查冲压模具简明设计手册表1534选取卸料螺钉33选用M8X100的圆柱头内六角卸料螺钉卸料螺钉其主要参数D116L14D224H10T8S10D3145D469D595L55根据模具的实际情况上模座选用8颗1080的圆柱销钉定位下模座选用2颗1080的圆柱销钉定位圆柱销钉参照模具各零件的具体情况,合理布置螺钉、圆柱销的位置,从GB7076和GB11976中选适当的规格与尺寸。导向装置本模具采用圆形导柱、导套式的导向装置。导柱与导套之间采用间隙配合,配合精度为H7/R6。导柱与导套相对滑动,要求配合表面有足够的强度,又要有足够的韧性。所以材料选用20钢,表面经渗碳淬火处理,表面硬度为5862HRC。导柱选用GB2861281中的B型导柱,直径D32MM、极限偏差为R7、长度L180MM。导套选用GB2861681中的A型导套,直径D32MM、D45、极限偏差为H7、长度L80MM。3482翻边压型模的结构设计821凸凹模的设计材料CR12MOV硬度5558HRC形状结构(如图)凸模材料选用CR12MOV,淬火硬度达到5862HRC。采用直接式凸模(如图51所示),采用螺钉和小弟功能固定。822翻边凹模的设计材料CR12MOV硬度5558HRC形状结构(如图)3583压弯压型模具结构设计831凸模的设计材料CR12MOV硬度5558HRC形状结构(如图)36832凹模的设计材料CR12MOV硬度5558HRC形状结构(如图)379压力机的校核91压力机的校核1、闭合高度的校核所选压力机的最大装模高度为400MM,闭合高度的调节量为85MMHMIN40085315MM本次设计模具的的闭合高度均在320左右,所以满足要求。2、工作台面尺寸的校核所选压力机的工作台尺寸为左右1000前后600而模具的外形尺寸为580315根据工作台面尺寸一般应大于模具底座5070MM,工作台面尺寸满足。3、滑块行程的校核滑块行程应保证方便地放入毛坯和取出零件,所选压
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