机械毕业设计（论文）开题报告-U形卡槽的冲压工艺及模具设计.doc

山东建筑大学毕业论文开题报告表班级：成型053 姓名：李超论文题目u形卡槽的冲压工艺及模具设计一、 选题背景和意义全套设计，加153893706随着汽车工业的快速发展，服务于汽车生产的模具近年来也快速发展。服务于汽车生产的模具和塑料模具使用量最大的两大类。此外，还有铸造模具、锻造模具、橡胶模具、粉末冶金模具及拉丝模具和无机材料成型模具等。在汽车工业十分发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到全部模具生产量的40%以上。经过多年发展，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的1/3左右。在这些模具中，冲压模具在模具行业和汽车覆盖件模具，直接关系到汽车车型，因此其地位尤为重要。要生产出大量的各式各样的汽车，先进技术装备必不可少，而模具就是汽车先进技术装备中的重要装备。“现代工业，模具先行”、“没有高水平的模具，就没有高水平的产品”，这已成为人们的共识。不管是汽车还是模具，虽然近年来发展迅速，我国已成为生产大国，但离生产强国的距离还很远。然而，要成为制造业强国，要成为汽车、模具等的制造强国是我们的目标。为了向汽车行业提供更为先进的技术装备，必须不断提高汽车冲压模具的冲压模具的水平与能力。金属薄板冲压成形是现代工业生产中一种非常重要的制造技术 ,金属薄板及其制品在冲压成形过程中所表现出的成形性能或成形性,是横跨薄板冶金制造和冲压成形生产两大行业之间的交叉性工程技术 ,即冲压成形性能及其应用。冲压加工是靠冲压设备和模具实现对板料毛坯的塑性加工过程。冲压加工具有许多十分明显的优点，它利用冲压设备与冲模的简单的运动完成相当复杂形状零件的制造过程，而且并不需要操作工人的过多参与，所以冲压加工的生产效率很高，产品质量稳定，一般情况下，冲压加工的生产效率为每分钟数十件。又由于冲压加工的操作十分简单，为操作过程的机械化与自动化提供了十分有利的条件。因此，对某些工艺成熟的冲压件，生产效率可达每分钟数百件，甚至超过一千件以上。 冲压加工用的原材料多为冷轧板料和冷轧带材。原材料的良好表面质量使用大量生产方式、高效而廉价的方法获得的。在冲压加工中这些良好的表面质量又不容易遭到破坏，所以冲压件的表面质量又不致遭到破坏，所以冲压件的表面质量好，而成本都很低廉。这个特点，在汽车覆盖件的生产上表现得十分明显。 利用冲压加工方法，可以制造形状十分复杂的零件，能够把强度好、刚度大、重量轻等相互矛盾的特点融为一体，形成十分合理的结构形式。冲压加工时，一般不需要对毛坯加热，而且也不像切削加工那样把一部分金属切成切屑，造成原材料的损耗，所以它是一种节约能源和资源的具有环保意义的加工方法。 冲压产品的质量与尺寸精度都是由冲模保证的，基本上不受操作人员的素质与其他偶然因素的影响，所以冲压产品的质量管理简单，也容易实现自动化与智能化生产。冲压件的尺寸精度与表面质量好，通常都不需要后续的加工而直接装配或作为成品零件直接使用。由于冲压加工方法具有前述的许多优点，现在他已经成为金属加工中的一种非常重要的制造方法。正是基于此，本课题所要设计的u型卡槽生产就需要先后用到四套冲压模具，而且每一套模具在设计之前都需要经过仔细的计算和分析。二、课题关键问题及难点模具总体结构形式设计的确定是设计时必须首先解决的问题，也是冲模设计的关键，它直接影响冲压件的质量、成本和冲压生产的水平。模具类型的选定应以合理的冲压工艺过程为基础，根据冲压件的形状、尺寸、精度要求、材料性能、生产批量、冲压设备、模具加工条件等多方面的因素，做综合的分析研究并比较其综合经济效果，以期在满足冲压件质量要求的前提下，达到最大限度的降低冲压件的生产成本。确定模具的结构形式时，必须解决模具类型（简单模，连续模，复合模等）、操作方式、进出料方式、压料与卸料方式、模具精度等方面的问题。另外压力中心的计算、冲模封闭高度的确定都是模具能否正常的安装和工作的关键问题，最后应选择合适的模具材料和冲压设备。当然在设计每套模具的时候也有很多需要知道模具设计的基本原则，以免范不应该有的的错误。本课题的关键问题是如何对u型卡槽制定合适的冲压工艺分析并制定合适的冲压工艺方案。针对这个零件，分别要经过落料、冲孔，翻边，折弯、u形弯曲等几个工序才能完成。在设计每套模具的时候又有很多难点和需要注意的问题。现在就这几套模具在设计时的问题加以说明。（1）落料、冲孔首先，凸凹模间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。其次，模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。再次，在排样时尽量采用少、无废料排样对节省材料具有十分重要的意义，且有利于一次冲裁多个工件，故可以提高生产率。（2）冲小孔 由于零件上有一个1.8的小孔，且与另外一个孔距离太近，无法在第一套模具冲出，所以只能单独用一套模具来对其进行加工。在设计模具的时候用特别注意冲孔凸模应由保护套来进行保护，否则凸模的使用寿命会大大降低，另外在零件的定位及导向上也许特别注意。（3）翻边 根据我所设计的u型卡槽零件图，可知此为内孔翻边，是伸长类翻边的一种，其特点是：变形区材料受拉应力、切向伸长、厚度减薄、易发生破裂。翻边时的主要危险是边缘破裂，边缘是否破裂与翻边变形程度有关。应当进行严谨的工艺计算。（4）弯曲在进行弯曲设计时，首先要对弯曲件进行应力、应变状态进行分析，然后确定材料的最小弯曲半径并进行弯曲力的计算和选择设备，再对弯曲模的工作部分进行尺寸包括凸凹模的圆角半径、凹模深度、凸凹模间隙、凸凹模工作部分的尺寸与公差等进行计算，这些也是设计弯曲模的关键。最后进行弯曲模的设计。当然在弯曲过程中会可能出现回弹，在外力作用下毛皮产生的变形有塑性变形和弹性变形两部分组成。当外力去除后弹性变形会完全消失，而塑性变形会保留下来。因此工件的弯曲较与内弯曲半径与冲模工作部分的角度和圆角半径不完全一致，这种现象就叫回弹，应当尽量减小其对设计的影响。本课题所需设计的u型卡槽在弯曲时受翻边那部分的影响，零件的固定需要特别的注意，这也是本设计课题的最大难点。三、调研报告（或文献综述）以下是与我所要制作的零件相近的三个零件的模具设计方案。对我的设计有一些帮助。1、u 型弯曲支撑件技术要求下图所示零件图为u型弯曲支撑件，材料为q235，厚度为 1.5mm，要求制造精度为 it12，表面质量无要求，大批量生产。根据图样分析冲孔与落料间最小壁厚为 2.5mm。 零件工艺性分析及工艺方案的确定根据图样进行分析，初步拟定需进行冲孔落料翻孔（或拉深冲孔）弯曲4道工序，且冲孔时需冲制2个异型圆孔，其余为圆孔，要求孔与孔之间定位精确，落料时要求形状精确，并保证制件在长度方向上左右对称。弯曲为u型弯曲，要求左右对称，且要保证内形尺寸，弯曲角为90，弯曲半径很小，初步估算很难一次弯曲成形，故要考虑在一次弯曲成形后再进行一次校正弯曲。工艺方案：方案一：简单模（冲孔模、落料模、翻孔模、弯曲模、校正弯曲模）如采用简单模：（1）需要制造 5 套模具，成本高；（2）制件需要大批量生产，而简单模生产效率低；（3）工件尺寸较小，进行翻孔弯曲时操作不安全。方案二：复合模如采用复合模：（1）正装复合模要求1.5mm 1.5 2.25mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚为2.5mm，稍有制造误差凸凹模就达不到最小壁厚的要求，强度不够，模具易受损；（2）即使勉强采用冲孔、落料、翻孔复合模，弯曲和校正弯曲还要制造至少两套模具，模具成本提高，且弯曲时制件尺寸不大，操作不安全。（3）倒装复合模要求 3 4.5mm 的最小壁厚，而制件的最小壁厚为 2.5mm。方案三：级进模如采用级进模：（1）级进模没有最小壁厚的要求，级进模操作方便安全，且可实现自动化的大批量生产，符合制件生产的要求；（2）只需制造一套模具。综上所述，该零件适宜采用冲孔翻孔弯曲校正弯曲多工位级进模。先一次冲出所有的孔，保证了它们之间的相互位置精度，然后在保留连接带的情况下，用倒正销定位冲出工件外形，接着进行翻孔、弯曲和校正弯曲的工作。排样设计为了保证翻孔凹模强度，在弯曲与翻孔之间加一步空位，排样图下图所示。 模具设计该 u 型弯曲支撑件级进模结构下图所示。（1）该模具采用对角导柱模架，上下模座采用ht200，选用凸缘式模柄，通过螺钉与上模座固定。（2）凸凹模均采用配合加工。固定板、垫板采用45钢。切断凹模与弯曲凸模、切断凸模与弯曲凹模、翻孔凸凹模、冲孔凸凹模均采用cr12钢材料，各凸模与固定板间均采用h7/n6过盈配合，压入固定板后将其底面与固定板磨平。（3）第一工位凸模设计时，无导向装置凸模的卸料板仅起卸料作用，对凸模自由端无约束作用。这种结构的受力情况近似于一端固定而另一端自由的压杆，需进行凸模抗压失稳校核。此外，还需对异形凸模的强度进行校核。经过计算，均符合要求。（4）翻孔凸模设计时，凸模端部先进入预孔，导正工件位置后，然后进行翻孔，翻孔凸模入口圆角与材料厚度有关，此处取为3mm。为了保证凸缘挺直，凸模与凹模之间的间隙z/2一般略小于材料厚度t。（5）弯曲模工作部分，凸模圆角半径取为2mm，凹模圆角半径的大小直接影响毛坯的成形，若取得过小，弯曲时材料表面会出现划痕，甚至出现压痕，此处取为 6mm，弯曲凹模深度取为 20mm。凸凹模间隙经过计算可取为1.87mm。（6）精整弯曲模的弯曲凸模r为0.5mm，弯曲凹模 r 为 2mm。为了使模具简单且安装方便，可将弯曲凹模与冲孔凸模作成一体，其相应的冲孔凸模与弯曲凹模也作成一体。2、支架技术要求冲压弯曲件如下图所示，该零件材料为1cr18ni9ti不锈钢，中间形孔与两条0.8mm宽的槽的作用是调节螺钉旋入m2螺孔后不会产生松动。尺寸24mm的u形弯角要求小于90,m2螺孔中线至弯曲边缘距离为 。 零件工艺性分析及工艺方案的确定应从以下几个方面考虑：首先应减少工序数，尽量减少各工序间的积累误差。 其次冲槽模具要着重考虑凸模的强度和稳定性。再次弯曲成形应改为一次成形，以保证零件的尺寸精度。鉴于上述情况，根据材料最小冲孔值及冲裁件最小孔边距的验算，决定把原来的8道工序改为3道成形工序：采用落料冲孔复合模、弯曲压筋冲槽复合模、u形件横向弯曲模。模具设计1）落料冲孔复合模该模为倒装式复合模。上模采用推杆卸料，冲孔废料由凸凹模具于下模板孔内漏下，工作原理与普通模具相同。在设计中因考虑凸模16、19的强度及稳定性，在结构上采取3点措施： 提高顶件器与凹模15、凸模16的配合精度，选择小间隙配合，使顶件器不但起顶件作用还起凸模护套和导向作用。 为达到加工精度，顶件器14台阶采用镶拼铆合结构，可用线切割加工。 凸模16采用高速钢方形刀片直接线切割加工而成，其固定方法图所示。2）弯曲压筋冲槽复合模模具结构及工作过程 该复合模上模不同于一般的四柱弹压卸料形式，设计了以圆柱体导向的弹压卸料结构。导套卸料板15与弹簧垫14用圆柱销13联接，在上模垫板12上加工圆长孔，凸模固定板16用螺钉与上模垫板联接。凹模固定板3高于凹模2，既能固定下模，又起工件的定位作用。工作时上模下行，采用线切割加工成形，采用直通式，由于结构尺寸小或形状不规则，用铆接方式固定于凸模固定板4上。采用导料尺17侧向定位，手工送料，利用浮动导料销11来抬料和浮动送料。模具的初始定位由操作工用眼定位，条料送进后，以后的工位由圆柱销12来定位。全部凸模与卸料板7成滑动配合，以保护凸模，防止折断。由于制件要在第4工位完成弯曲及圆孔翻边，为保证条料送进时的顺利、通畅，除了在模具中设置多处浮动导料销外，特别在翻孔及弯曲复合工位4的相应下模处设计翻孔卸料块-及弯曲卸料块22，以使压机弹性缓冲器通过顶杆20、21先将翻孔及弯曲好的部位推出模具型腔，从而避免条料送进时，由于浮动导料销11顶料力不足而出现卡滞。凸模固定板4、卸料板7、凹模15等主要零件均采用线切割加工。 3)u形件横向弯曲模设计构思 形件一次要弯两个弯角，常采用的u形弯曲模适宜于坯料左右对称，否则工件在弯曲中易向长端滑移。而该件是头部u形弯曲，且弯角小于90，尺寸精度较高。按产品形状最好是将面积大的一端夹紧在凸模与顶板之间，然后一次弯曲成形。模具结构及工作过程 该模上模采用浮动式，方形凸模12用弹簧6紧压固定圈11方孔内，并用顶杆螺栓8吊装在模柄内，保证上模的正确位置和上下移动。下模采用设有顶板的l形弯曲模，增加了活动压板3。上下模之间设有自动推件装置13，该装置随着滑块上下移动，而倾斜度始终保持不变。工作时将工件放入顶杆18槽内定位，压力机滑块下行，上模接触并压紧工件，上模继续下行，由于弹簧6弹力大于弹簧17弹力与弯曲变形力之和，迫使顶杆下压将工件初弯成l形，直到顶杆接触下模固定板后，滑块再继续下行而上模紧压工件不动，固定圈接触活动压板端部，使活动压板内摆动，直到使工件包在上模内成形，同时螺钉4接触顶杆螺栓8，迫使工件能平整地压实在方形凸模12内。滑块上行，活动压板在弹簧17的作用下复位。而工件在快到上死点时由自动推件器13强行将包在凸模上的制件推出模外。 3、 支撑板 技术要求生产批量较大，采用2mm厚的碳素钢q235a钢板制成，其外形形状如下图所示。一般来讲，对该类零件的加工需要冲孔落料复合模和弯曲模两套模具完成。 工艺分析该冲压件为冲孔、落料、弯曲的复合件，形状较为简单且对称，尺寸精度要求不高，材料q235a冲压性能较好，零件弯曲直边为15mm（计算：20tr=2035=15），大于资料要求的最小直边2t=22mm=4mm，故弯曲工艺性较好；而各孔与零件外形边缘的距离均大于复模中凸凹模的最小壁厚4.9的要求，因此，冲孔及落料复合时，凸凹模的强度足够加之零件弯曲直边有15mm，在模具上设置活动凸模结构也较易实现。综合上述分析可选用冲孔、落料、弯曲复合模。有以下两种不同的工艺方案： 先落料，然后冲孔和弯曲在同一工步。 落料、冲孔为同一工步首先完成，然后进行弯曲。采用方案1加工工件，不易保证长度尺寸（400.2）mm的精度要求，而且易使内孔冲头磨损，降低模具寿命。经分析、比较，确定采用方案2，即设计一套冲孔落料弯曲复合模，该模具划分两个工步完成上述三道工序，在压力机上一次性实现零件的加工成形。模具设计模具结构及工作原理 经对零件加工性能进行充分分析，并考虑到模具与冲床的特点，决定利用双斜楔及滑块机构实现零件的加工。为此，设计了如下图所示的冲孔落料弯曲复合模。 四、方案论证 根据调研报告，我所设计的u型卡槽可以用简单模、复合模和级进模来进行制作。方案一：简单模（冲孔模、落料模、