弹簧片冲压工艺及弯曲模具设计论文

邵阳学院毕业设计（论文） 1 前 言 由于模具技术的迅速发展，模具设计与制造已成为机械行业中一个大的分枝。从事模具行业工作的专业人才也越来越多，模具也倾向标准化，系列化，模具的诸多零件已经具有互换性，模具的设计周期越来越短，因此模具已经成为提高产品的竞争能力的重要手段。模具已成为各种产品不可缺少的工艺设备。 本次毕业设计内容是：弹簧片冲压工艺及弯曲模具设计。毕业设计的目的不仅是对大学四年所学知识的一个巩固和总结， 而且是大学期间 重要的 实践 环节， 它能综合培养查资料的能力、画图能力、独立分析能力、向老师、同学学习的能力。毕业设计作为对所学 专 业知识的一次综合检测，为以后 参加工作也将 奠定 坚实 基础。 本次重点设计的是 一副冲孔落料连续模，一副弯曲模 。这次设计是在老师认真、耐心的指导下进行的，是在对模具的经济性、模具的寿命、生产周期及生产成本等因素进行了全面的仔细的分析下而进行设计的。因我个人经验和水平有限，因此很难避免在设计的过程中存在不合理之处，望各位老师多多批评指正。 本论文是在罗玉梅老师的精心指导和严格要求下完成的。罗玉梅老师那严谨求实的治学态度，渊博的知识为我们树立了榜样，在此向她表示衷心的感谢！ 在论文的设计和写作过程中，得到 同学的大力支持和协助，在此一并感谢！ 我相信：在罗玉梅老师的耐心指导和同学们的大力支持下，我一定能顺利完成本次毕业设计，为四年大学学习生涯划上一个完整的句号。 邵阳学院毕业设计（论文） 2 1 绪论 1.1 冲压技术理论概述 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 1.1.1 全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及 CAD/CAM/CAE 技术的条 件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE 技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。 1.1.2 高速铣削加工 国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、 集成化方向发展。 1.1.3 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的 CAD 数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。 1.1.4 电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传 统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工 (像数控铣一样 )，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。 邵阳学院毕业设计（论文） 3 1.1.5 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积 (TiN、 TiC等 )、等离子喷涂等技术。 1.1.6 模具研磨抛光将自动化、智能化 模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。 1.2 冲压加工经济性分析 1.2.1 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆 盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 1.2.2 冲压件的成本分析 所谓经济性，就是以最小的耗费取得最大的经济效果。也就是生产中的 “最小最大 ”原则。在冲压生产中，保证产品质量，完成产品数量、品种计划的前提下，产品成本越低，说明企业经济效果越大。 冲压件的制造成本为： C C C C 材 加模 式中 C制造成本（费用）； C材材料费，包括原材料费、外购件费； C加加工费，包括工人工资、设备折旧费、车间经费等； C模模具费 上述可知，冲压件的制造成本为： C C 材 +C 模 +C 冲压件生产成本是由固定费和可变费两部分组成的，所以要设法降低固定费用或可变费用，都能使生产成本降低，利润增加，为四化建设积累资金。可见企业要提高经济效益，就要在降低成本上下功夫。 邵阳学院毕业设计（论文） 4 2 零件工艺性分析及确定工艺 结构 方案 2.1 产品零件图 图 2.1 弹簧片 冲压 零件图 冲裁 工件 是一种常见的弹簧片，其 材料为 60Si2Mn，厚度为 0.5mm，工件需大批量生产 ， 如图 2.1 所示 。 2.2 零件工艺性分析 冲裁的工艺性是从冲压件工艺方面来衡量设计是否合理。在满足工件零件使用要求的条件下，能够以最经济最简单的方法冲出来就说明工艺性好。但是工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术和设备等因素的制约。 2.2.1 结构与尺寸 该零件结构简单，形状对称，尺寸较小，强度要求不高，外形简单。悬臂宽度10mm 大于 1.5t，最小孔径 4mm 大于 t。 适宜于冲裁加工。 2.2.2 精度 本次 零件 设 计 精度要求不高， 图上所注尺寸公差无特殊要求 ， 选取公差等级为IT14 级，利用普通冲裁方式可达到要求。 其模具制造精度也不高，能达到经济精度。 查公差表可得各尺寸公差为： 10 00.5228 mm、 00.6240 mm、 00.7480 mm， 00.3610 mm， 0.43014 mm， 0.62032 mm，0.36010 mm， 0.3004 mm， 0.43017 mm。 2.2.3 材料 优质弹簧钢 60Si2Mn，厚度 0.5mm软态，带料， 抗剪强度，断后伸长率 5% 。此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性较好。 邵阳学院毕业设计（论文） 5 2.3 确定 冲裁 工艺方案 确定工艺方案就是确定冲压件的加 工路线，合理的工艺方案应在不同的工艺分析进行全面的分析与研究比较与其经济效果，然后选择合理的工艺方案。 此零件冲压包括 冲孔 落料、弯曲 两 个基本工序， 其中冲孔落料和弯曲能分别采取两种方案，具体分析如下： （ 1） 单工序 冲 裁 单工序 弯曲，采用单工序模生产。 （ 2） 级进 冲裁 落料 弯曲，采用连续模与单工序模相结合生产。 （ 3）复合模 弯曲，采用复合模具 及弯曲相结合生产。 方案（ 1）模具结构简单，制造周期短，加工成本低。但需要 五 道工序、 五 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。 且不便 于工人操作。所以一般不予采用。 方案 （ 2） 采用 连续 冲裁冲出的零件精度和平直度较好，生产效率高，操作方便，通过设计合理的模具结构和排样方法可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。 同时又减少了一副模具，大大节省了成本。 方案（ 3）采用复合模具。 只有当制件精度要求高，生产批量大，表面要求平整时，才选用复合模具结构。 而且制作的费用较高， 一般不采用。 由于零件结构简单，为提高生产效率，这样应采用复合冲裁或连续冲裁方式。如采用 复合模 ，则其 凸凹模 壁 厚不能太薄（外形与内形、内形与内形），以免影响强度 ；凸凹模刃磨有 时不方便 ， 尤其是在凸凹模即冲裁，又成形的情况 下。 连续模具有如下优点：（ 1）生产效率 较 高 ，尤其能适合于在单机上实现自动化 ；（ 2）安全 、 省料及其它开支省；（ 3） 模具的使用 寿命长 ，修模调整容易 ；（ 4）冲制的产品精度高 ， 美观。 故此冲裁件采用连续模为合理，设计方案为分别对凸模组件和凹模组件进行了定位和固紧。使装配容易和装配精度容易得到保证。 综上所述可知， 宜采用方案（ 2），在此冲件中，采用先完成冲孔压加强紧后冲孔落料能保证凸凹模的最小壁厚，又因为零件的尺寸比较大，若在一副模具中完成全部工序的，则会造成模具庞 大，不方便 制造， 同时不经济， 生产成本会成倍增加， 故采用先在连续模中完成冲孔落料，最后弯曲成型的工艺方案。 邵阳学院毕业设计（论文） 6 3 确定模具总体结构方案 3.1 模具类型 根据零件的冲裁工艺方案， 优先 采用级进冲裁模。 3.2 操作与定位方式 虽然零件的生产批量较大，但合理安排生产可用手工送料方式能够 达到批量要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料的方式。考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，为了便于操作和保证零件的精度，宜采用导料板导向， 侧刃定距的 定位方式。 为减小料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双刃 左右对称 布置。 3.3 卸料与出件方式 考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料的方式。为了便于操作、提高生产率，冲件和废料采用由凸模直接从凹模洞口推下的出件方式。 3.4 模架类型及精度 由于零件厚度薄，冲裁间隙小，又是级进模，因此采用导向平稳的中间导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用 1 级精度的模架。 4 工艺计算 4.1 排样设计与计算 4.1.1 排样方法 排样对材料的利用率， 工件的尺寸精度，生产率，模具制造难易程度和使用寿命有一定的影响。 按材料的经济利用程度或废料的多少，排样可分为有废料排样与少、无废料排样 两大类。排样又可分直排、斜排、对排、对头斜排、多排、混合排等。 有废料排样有如下几种形式： （ 1） 直排 排样时，应优先选用直排，因为直排的模具最简单。但对于三角形、角尺形等工件，采用直排会造成较大的材料浪费，可考虑选择斜排或对排。 （ 2） 斜排 斜排将时制模工作量增大。 （ 3） 对排 选取对排省料幅度较大。比直排省料可达 30%-50%。但需要注意：如果采取送料一次冲一件的方案，即用单凸模，模具结构与直排时基本相同，模具费也相差不大，但只实用于条料，不能用卷料。 邵阳学院毕业设计（论文） 7 （ 4） 混合排 如果将一种零件落料后的废料作为另一 种工件的原材料，当然也可以提高材料的利用效率。但这种排样对于小型件既不方便又不安全。而采用混合排是只有两种零件的板厚与材质相同，并在设计人员的细心安排之下才有可能实现。 如下图所示三种排样方法： 图 4.1 直排 、 对角排 、 斜排 综上所述 相同个数的零件采用 直排料面积为 16200 2mm ， 对角排 17360 2mm ，斜排 17020 2mm ， 为了节省材料 并 结合零件本身的 形状，本排样采用直排法。 4.1.2 搭边值的确定 搭边值的作用，搭边是指排样时零件与条料侧边这间留下的剩料。其作用是使条料定位，保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模的寿命提高。为了节约材料，应选择合理的搭边值，它一般与卸料板的形式，条料厚度，冲压宽度 L 有关。 本设计采用 弹性 卸料板，条料厚度 t 0.5mm,冲压宽度 L 80mm50mm,查 冷冲模 设计 P60 知：搭边值 工件间 a 1.8mm，侧面 1a 2.0mm1 。 又由于其为中碳刚类型，由经验确定要乘以 0.9 的系数。所以实际搭边值： 工件间 搭边值 a 1.8mm 0.9 1.6mm， 侧面 搭边值 1a 2.0mm 0.9 1.8mm 4.1.3 送料步距与条料宽度计算 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，用 A 表示。其大小为条 料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，对于无废料一模出两件，送料步距是工件宽度的两邵阳学院毕业设计（论文） 8 倍。 查冲压工艺与模具设计 P63，条料宽度按 公式 （ 4.1） 计算 2 即 001L B 2 a 2 b (4.1) 式中 L条料公称宽度 ， mm； B垂直于送料方向的工件尺寸 ,mm； 1a 侧搭边， mm； b 侧刃切除的料宽， mm 为剪板机下料公差 ， =0.5mm 条料是由板料剪裁下料而得，为保证送料顺利，剪裁时的公差整带分布规定上偏差为零，下偏差为负值条料在模具上送进时一般都有导向，当使用导料板导向而又无侧压装置时，在宽度方向也会产生送料误差。 另因采用 IA 型侧刃每边增加切入宽度 1.5mm， 所以 条料宽度 L =（ 80+21.8+2 1.5） 00.5 =86.600.5 mm 送料步距 A = 28+1.6=29.6mm 4.1.4 材料利用率 及排样草图 通常以一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率来表示： 1S / 0S ( 1S /LB)100 (4.2) 式中 1S 个步距内零件的实际面积； 0S 个步距内所需毛坯面积； L 送料步距； B 条料宽度。 经计算，一个步距内 弹簧片 的实际 有效 面积 1S 约为 1760 mm2 ，一个步距内所需毛坯面积 0S 为 86.659.2 5008.3mm2 ， 如图 4.2 图 4.2 弹簧片 排样草图 邵阳学院毕业设计（论文） 9 冲裁单件材料的利用率： 35.6% 因此 选用卷料， 采用单排排样 ，这样的材料利用率较合宜，且操作方便