弯板冲压成型工艺与模具的设计

河南机电高等专科学校毕业设计说明书11 绪论目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计快速化等程度不高的原因。1.1 国内外发展概况改革开放 20 多年来，我国的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、都有一了很大的提高。据中国模具工业协会统计，1995 年中国模具总产值为145 亿元，而 2003 年已达 450 亿元左了，年均增长 14%。另据统计 2004 年中国（不包括台湾、香港、澳门地区）共有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车问（分厂）近20000 家，约 60 万从业人员，年模具总产值达 1 亿元人民币以上的有十多家。但是，我国模具工业现有能力只能满足需求最的 60%左右，还不能适应国民经济发展的需要。据有关部门统计，1997 年进口模具价值 6-3 亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；1997 年出口模具仅为 7800 万美元。目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈。国内已经认识到了模具在制造业中的重要基础地位，许多模具企业十分重视技术发展，增大了用于模具技术进步的投资。1.2 我国未来模具的研发探讨模具设计的标准化、网络化、智能化、三维化、集成化 1、标准化标准化是实现模具专业化生产的基本前提，是系统提高整个模具行业技术水平和经济效益的重要手段，是机械制造业向深层次发展必由之路。国际上工业发达的国家和公司都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足 30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥。CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在 CAD 设计中可以随时调用，并采用 GT（成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术部可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的，按用户要求对相似模具结构进行修 改，即可生成所需结构。河南机电高等专科学校毕业设计说明书22、集成化模具 CAD/CAM 技术与 GT、CE(Concurrent Engineering)、CAE、CAPP(Computer Aided Process Program-ming)等技术密切相连，组成一个有机的整体，其关键在于建立一个统一的全局模具产品数据模型，在产品开发，模具设计中，提供全部的信息，使信息共享，交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，并行技术和管理技术，体现了系统化思想直至发展为 CIMS(Computer Integrated Manufacture System，计算机集成制造系统) 。模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的日的。如英国 Delcam 公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等。集成化程度较高的软件还包括：Pro/E、UG 和 CAT1A 等。3、模具设计、分析及制造的三维化。传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的 CAE 分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享。如 Pro/E、U G 和 CAT1A 等软件具备参数化、基于特征、全相关等特点，从而使模具并行工程成为可能面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。如 Cimatron 公司的注射模专家软件能根据脱模力向自动产生分型线和分型面，生成与制品相对应的型芯和型腔，实现模架零件的全相关，自动产生材料明细表和供 NC 加工的钻孔表格，并能进行智能化加工参数设定、加工结果校验等。4、网络化与协同设计随着模具工业规模的不断扩大，要做到资源信息共享、交换等，网络化设计的发展是必然的，将以微机为中心的智能工作站达成了分布式系统构成 CAD/CAM/CAE/CAPP微机局域网络，结构灵活，功能愈加强大，并伴随着 Internet/Intranet 网的进一步拓展，系统提供了异地设计人员在同一时间对同一个参数进行评价和修改，实现异地操作与数据交换，使一个项目在多台计算机上协作完成，以适应不同地区的现有资源和生产设备资源的要求和利用。这种基于 Internet 下的协同设计实现了企业间的“集成化” ，它将成为模具制造业全球化的发展 趋势。河南机电高等专科学校毕业设计说明书3随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等力一面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，模具软件应用的网络化的发展趋势是使 CAD/CAE/CAM 技术跨地区、跨企业、跨院所在整个行业中推广，实现技术资源的重新整合，使虚拟设计、敏捷制造技术成为可能。美国在其21 世纪制造企业战略中指出，到 2006 年要实现汽车工业敏捷生产/虚拟工程方案，使汽车开发周期从 40 个月缩短到 4 个月。5、智能化CAD/CAM 系统智能化主要表现在专家系统思想的引入，通过虚拟专家来处理模具设计制造中的问题，专家系统具有数据模块知识库模块和控制模块，专家系统可以解决知识表示，特征统计，推理力法，概念设计等问题，具有启发性、灵活性等特点，整个系统具备人上智能(AI)理想的智能模具 CAD/CAM 系统响应，自动产生设计方案，对方案进行最优评价和选择，并对模具设计制造提供全方位的过程响应和处理。1.3 弯曲模模具设计与制造方面1.3.1 弯曲冲孔连续模模具设计的设计思路弯曲和冲孔是冲压基本工序，它是利用凸模模在压力机作用下，将平板坯料弯曲成型或冲裁出凸模的形状的加工方法。但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，弯曲件的尺寸精度应在 IT11 级以下，不宜高于 IT9 级。1.3.2 弯曲冲孔连续模模具设计的进度1.了解目前国内外冲压模具的发展现状，所用时间 20 天；2. 确定加工方案，所用时间 5 天；3. 模具的设计，所用时间 30 天；4模具的调试所用时间 5 天；河南机电高等专科学校毕业设计说明书42 弯板的工艺分析工件名称：弯板生产批量：大批量材料：08 钢厚度：2mm工件简图：如图所示2.1 弯曲冲孔的工艺分析为此工件典型的 U 形件，零件图中的尺寸公差为未注公差，在处理此类公差等级时常采用 IT14 级要求。弯曲圆角半径 R 为 2mm，大于最小弯曲半径(rmin=0.6t=0.62mm=1.2mm)，故此弯曲件的形状、尺寸、精度均满足弯曲工艺的要求，可用弯曲工序加工。此弯曲件上有 2 个孔，需采用冲孔的方式加工，孔的直径为 4.5mm，形状简单，且对称。冲裁件所能达到精度为 IT11IT14 级。故该零件的精度要求能够在冲裁加工中得到满足。 2.2 工艺方案的确定 河南机电高等专科学校毕业设计说明书5该零件所需要的加工工序为冲孔、弯曲、切断。可拟定出以下几种方案：方案一：用简单的模具分开加工，即冲孔弯曲。方案二：采用斜锲式侧面冲孔复合模。方案三: 采用冲孔-切断-弯曲级进模。方案一生产效率低，工件累计误差大，操作不方便，由于该工件是大批量生产，方案二和方案三具有很大的优越性，而且也与此次设计的精神相一致。该零件 4.5 的孔与边缘之间的最小距离是 7.75mm，大于此零件要求的最小的壁厚。可以采用采用斜锲式侧面冲孔复合模或采用冲孔-切断-弯曲级进模。复合模模具的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产效率较高，但模具较复杂，模具制造较困难。级进模不仅生产效率高，而且同时也能保证制件的精度，通过对上述三种方案的分析比较，该零件的制作生产采用方案三的级进模比较合适。河南机电高等专科学校毕业设计说明书63 排样设计多工位级进模的排样，除了遵守普通冲压模具的排样原则外，还应遵守级进模的排样原则。1.第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。2.冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同公位冲出。3.为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度，保证各零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具的结构要求而定。4.当局部有压筋时，一般安排在冲压前，防止由于压筋造成孔的变形。5.成型方向的选择要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成型方向与冲压方向不同，可采用斜滑块，杠杆和摆块等机构来转换成型方向。 排样图条料宽度 B=30mm 步距 S=112.85mm河南机电高等专科学校毕业设计说明书74 工艺尺寸的计算4.1.弯曲工艺尺寸的计算4.1.1 弯曲件展开长度的计算 当弯曲圆角半径较小 （r0.5t)时，可以根据中性层长度不变的原理计算。因为 R=20.52，属于圆角半径较大的弯曲件。所以弯曲件展开长度按直边区与圆边区分段进行计算。将直边区视为弯曲前后长度没有发生变化，将圆角区展开长度按弯曲前后中性层长度没有发生变化进行计算。1.由于 R/t=2/2=1，查表得出，中性层位移系数 x=0.41变形区中性层曲率半径 按公式计算=r+xt=2+0.412=2.82mm2.中性层的长度L 总 = L 直+ L 弧L 弧= = 2.82=4.427mm180 904.3式中 L 总坯料展开总长度；L 弧弯曲件弯曲圆角部分的长度；弯曲中心角； 该毛坯展开长度为L 总=（35-2-2）2+（50-22-22）+4.4272=（312+42+8.854）mm=112.85mm4.1.2 弯曲模工作部分尺寸的计算河南机电高等专科学校毕业设计说明书81.凸模圆角半径 由于此工件 R/t=2/2=1mm 较小，且 R 为 2mm，大于最小弯曲半径（rmin=0.4t=0.42=0.8mm） ，故凸模圆角半径 r 凸=R=2mm。2.凹模圆角半径 凹模圆角半径一般按材料厚度 t 来选取，因为材料厚度为2mm，所以 r 凹=（23）t，故凹模圆角半径取 r 凹=4mm。 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。此弯曲件：直边长度为 35mm，板料厚度 2mm，查表得出凹模的底部最小厚度 h0=4mm，因此凹模工作部分最小深度为 h 凹=24mm。 4.凸凹模间隙 当工件精度要求不高或校正弯曲时，生产中常采用调整凸凹模间隙的方法来解决工件回弹的问题。设计弯曲模时将凹模设计成可以调节的。由于凹模设计成可调式的，故将凸凹模的间隙 调整成材料的厚度 t，即 =2mm。2Z2Z5.弯曲件回弹值的计算 小变形程度（r/t10）时，回弹大，先计算凹模圆角半径，再计算凸模角度；大变形程度（r/t5）时，卸载后圆角变化小，仅考虑弯曲中心角的变化。弯曲时，弯曲中心角为 90，因此，查相关手册，取回弹角 2。6.弯曲力的计算 U 型件校正弯曲时，在进行校正弯曲前是自由弯曲，弯曲力FU自由弯曲力为FU自由弯曲力= = =8.87KNtrKBb27.02350.17式中 FU自由弯曲力冲压行程结束时自由弯曲的弯曲力（N） ；K安全系数，一般取 K=1.3;b弯曲件的宽度（mm）t弯曲件材料厚度（mm）b弯曲件的抗拉强度（MP）r弯曲件的内弯曲半径（mm）顶件力 F 顶可近似取自由弯曲力的 30%80%，即F 顶=（0.30.8）FU 自由弯曲力=（0.30.8）8.87KN=(2.667.09)KN取 F 顶=5KN校正弯曲时，校正弯曲力最大值在压力机工作到下止的位置，且校正弯曲力远远大于自由弯曲力，而在弯曲过程中，二者不是同时存在，因此查表得 P=60MP,所以校正力 F较为F 较=AP=60（3050）=90KN式中 F 较校正弯曲力 （ N）河南机电高等专科学校毕业设计说明书9A校正部分投影面积 （mm ）2P单位校正弯曲力 （MP）对于校正弯曲，由于校正弯曲力比顶件力大的多，故顶件力常常被忽略，但为了保险起见，在计算压力机工称压力时，应将顶件力考虑进来。4.2 计算冲裁工艺尺寸计算4.2.1 计算凸凹模工作部分尺寸由于制件结构简单，精度等级要求不高，所以采用凸模和凹模分开加工的方法来制作凸凹模。其凸凹模计算尺寸如下：查阅相关手册得出凸、凹模制造公差： 凸=0.020mm 凹=0.020mm查阅相关手册得间隙值 Zmin=0.246mm Zmax=0.360mm校核： Zmax-Zmin=0.114mm 而 凸+ 凹=0.040mm满足： Zmax-Zmin 凸+ 凹的条件查相关手册:IT14 级时摩擦系数 x=0.5因为此冲裁为冲孔工序，所以以凸模为设计基准，首先确定涂膜尺寸，使凸模的基本尺寸接近或等于工件孔的最大