毕业设计（论文）开题报告-屏蔽罩级进模具设计.doc

上海电机学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 屏蔽罩级进模具设计 学 院 机械学院 专 业 材料成型及控制工程 班 级 学 号 姓 名 指导教师 定稿日期： 2016 年x月x日16屏蔽罩级进模具设计1 选题背景及其意义背景：我国为了优先发展模具工业，制定了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、超塑性成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的精度日趋精确，生产率也有极大提高，正在把冲压加工提高到高品质的、新的发展水平。前几年的精密冲压主要市是指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲、压延、压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形。过去的精密冲裁只能对厚度为58mm以下的中板或薄板进行加工，而现在可以对厚度达25mm 的厚板实现精密冲裁，并可对b 900mpa的高强度合金材料进行精冲。意义：导师选择了弹簧片多工位级进模设计课题，为了能深入了解和学习模具设计知识，通过毕业设计的工艺分析优化、模具结构设计优化、cad软件操作应用等过程，进步巩固、拓展专业知识、掌握多工位级进模的特点及典型结构，提高了理论联系实际解决实际问题的能力，对将来走向工作岗位，更好的适应工作具有指导意义。2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具。冲压模具是一种特殊的工艺装备,与冲压件有“一模一样”的关系,且没有通用性，是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，其功能和作用、设计与制造方法和手法决定了冲压模具是技术密集、高附加值型产品。冲压成形加工特点：低耗、高效、低成本、“一模一样”、质量稳定、高一致性，可加工薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能，但是模具成本高，所以冲压成形适宜批量生产。冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法，采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和材料，成本底等一系列的优点，模具成形已经成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用5。3 研究内容3.1主要研究的内容收集相关冲压模具、机械设计、材料成型、公差测量等相关资料；对毕业设计指定的课题零件进行冲压工艺性分析，确定冲压工艺方案，进行冲压工艺参数计算，确定冲压模具的基本结构和基本尺寸、选择模架和压力机，进行模具主要零件的结构设计，并在必要时进行强度校核。所有方案制定结束后，开始绘制模具总装图和主要零件图，编制主要零件机械加工工艺过程，撰写设计说明书。3.2课题技术关键及难点分析（1）分析零件的冲压工艺，判断零件加工生产所需要的工序和工艺性质，确定合理的冲压方案。（2）根据零件所给定的尺寸，查阅相关的设计手册，结合零件给定的弯曲半径，材料厚度选取弯曲中心层系数，计算计算零件的展平尺寸，设计合理的零件排样图，以便模具结构稳定，凸模的强度足够，提高材料利用率。由于零件的材料、形状、尺寸精度精度、技术要求等的不同，在多工位级进模的排样图设计时，需建立在技术要求和生产需要来设计，保证零件生产的料率、成本、质量、精度。所以在模具设计前，尽量制定多个设计方案，反复研究最总确定适合的设计方案。（3）进行模具总体设计，要充分考虑到模具结构、选材、制造、精度等关键要素。4 研究方案 图4-1 制件图4.1 工艺方案分析及确定4.1.1工艺方案分析冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。(1) 单工序模在一副模具中完成只完成一种工序的冲模，如落料模，冲孔模，拉深模等结构较为简单，生产效率不高，一般适用于小批量生产。(2) 复合模是在单工序模的基础上发展起来的一种较先进的模，在一副冲模中一次定位可以同时完成几个工序。复合模结构紧凑，一套模具能完成若干工序，大大减少了模具和占用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，劳动生产效率高。(3) 连续模是把完成一个冲件的几个工序，排列成一定的顺序，组成连续模， 在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm）、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件5。从零件图可看出，该零件包括冲孔、多次冲裁外形和落料,弯曲等基本工序，可以采用以下三种工艺方案：(1) 先落料，再冲孔，最后弯曲采用三副单工序模生产。(2) 冲孔落料复合冲压，再弯曲单工序生产。(3) 冲孔、冲外形弯曲和落料连续冲压，采用级进模生产。对以上三种工艺方案进行分析比较：方案一：模具结构简单，但需要三道工序、三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。方案二：复合模定位精度高并且满足大批量生产的要求，仍然需要一副复合模和一副单工序模，成本较高。同时需要考虑提高劳动效率和节约人力成本，该工件并不适合用复合模加工。方案三：级进模本身能满足大批量生产，而且生产效率最高，也能够自动进料，节约人力。由于工件的部分尺寸精度为it9级，符合级进模加工工件的精度要求。综上所述，最后确定用级进冲裁方式进行生产。4.2排样设计及方案确定排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。排样包括：毛坯排样，冲切刃口排样，工序排样。4.2.1工件展开尺寸计算板料弯曲过程中，应变中性层的长度不变，因此，可以根据这一原理来确定弯曲件的毛坯展开尺寸。当r0.5t毛坯展开长度计算可按照以下公式计算。式中 l1、l2直边长度(mm)； l3底边长度(mm)； r弯曲件内圆角半径(mm)； x中性层位移系数；t板料厚度(mm)。因零件上有2个以上的弯曲，且不再同一横截面上，所以，需要进行多次我拿去展品计算，所以将零件的展品尺寸按照在同一横截面上的弯曲作为一次展平计算如图4-2所示。工件内侧圆角半径r为0.3mm，查参考文献2得中性层系数为0.41，分别代入公式计算：（a）b图4-2 分步展平la=35.3+11.9+3.14（0.3+0.410.3）=47.36lb=8.9+11.8+27+23.14（0.3+0.410.3）=54.23计算得到毛坯的总体尺寸如下图：图4-3 毛坯尺寸4.2.2工序排样设计屏蔽罩零件为一冲孔弯曲件，其主要工序包括：冲孔落料弯曲根据工序排样的基本原则，一般先冲孔，后冲外形，将复杂的外形分解为简单的几何形状。结合以上工艺性分析及基本工序，查阅相关资料，利用cad软件进行排样设计，得到以下两种方案：方案一：1-冲孔 2-冲侧刃 3-冲废料 4-冲废料5-弯曲 6-弯曲 7-落料 图4-4排样方案如图4-4所示，采用直排单侧载体送料，分7 个工位。查文献4表3-10得搭边值，边距a=2mm，制件间b=1.8mm，则：条料宽度 b=d+2a+z=47.36+22+0.5=51.86mm在多工位级进模具中，若零件上没有适合的孔位作为导正销孔，可选择在条料上重新冲裁一个导正销孔。所以条料宽度取值为52mm式中 b 条料宽度尺寸；d垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸； 条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-114；歩距 s=l+b式中 s冲裁步距； l沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； b沿送进方向的搭边值。s=56mm材料利用率 =a/（bs）100%=1613.2/(5256)=55.4%式中 材料利用率； a产品毛坯外形所包容的面积； b条料宽度； s冲裁步距。方案二1-冲侧刃、导正销孔 2-冲孔、冲废料3-冲废料 4-弯曲 5-弯曲 6-落料 图 4-5排样图如图4-5所示，采用单侧载体排样送料斜排送料，分6个工位。查文献4表3-10得搭边值，边距a=2mm，制件间b=1.8mm，则：条料宽度 b=d+2a+z式中 b 条料宽度尺寸；d垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸； 条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-114； z条料与导料板之间的间隙，参见表3-124b=56.76+22+0.5mm=61.26mm考虑到料带两边需冲侧刃定位，应选取宽度为62mm。 歩距 s=l+b式中 s冲裁步距； l沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； b沿送进方向的搭边值。s=46mm材料利用率 =a/（bs）100%=1613.2/(6246)=56.56%式中 材料利用率； a产品毛坯外形所包容的面积； b条料宽度； s冲裁步距。方案三1-冲导正销孔、冲孔 2-冲废料3-冲废料 4-冲废料 5-冲废料 6-弯曲 7-弯曲 8-空位 9-落料 图 4-6排样图如图4-6所示，采用双侧载体错排一模两件送料，分9个工位。查文献4表3-10得搭边值，边距a=2mm，制件间b=1.8mm，则：条料宽度 b=d+2a+z式中 b 条料宽度尺寸；d垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸； 条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-114； z条料与导料板之间的间隙，参见表3-124b=76+22+0.5mm=80.5mm考虑到调料两侧载体的强度，应选取宽度为82mm。 歩距 s=l+b式中 s冲裁步距； l沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； b沿送进方向的搭边值。s=57mm材料利用率 =2a/（bs）100%=21613.2/(8257)=69.02%式中 材料利用率； a产品毛坯外形所包容的面积； b条料宽度； s冲裁步距。4.2.3方案比对确定由上述三种方案，对其进行分析，如表4-1：表4-1 排样方案比对项目方案一方案二方案三导正方式条料采用单侧直排载体送料，为保证零件上的孔的精度，采用侧刃挡块定步距。 条料采用单侧斜排载体送料，为保证零件上的孔的精度，采用侧刃挡块定步距。条料采用单侧斜排载体送料，为保证零件上的孔的精度，采用侧刃挡块定步距。工序7道工序6道工序8道工序相关数据条料宽度：52mm导正步距：56mm材料利用率：55.4%条料宽度：42mm导正步距：46mm材料利用率：56.56%条料宽度：82mm导正步距：57mm材料利用率：69.02%优缺点比对第一种方案，模具结构相对简单，模具制造耗材较较大，材料利用率低。第二种方案材料利用率高，模具耗材小，模具结构复杂。第三种方案材料利用率高、模具结构简单，但工位较多，模具耗材小。综合上述，选择方案二做为后期模具设计的排样设计方案。4.3 工艺参数计算4.3.1材料力学性能分析材料名称：不锈钢；材料牌号：sus304；材料状态：已退火；抗剪强度：430-550mpa；抗拉强度：540-700mpa；屈服点：200mpa；伸长率：40%。4.3.2冲裁的计算冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，冲裁力是随着凸模进入材料的深度而变化的。计算冲裁力是为了选择合适的压力机，冲裁力是指冲裁力的最大值，设计模具和检验模具的强度，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一7。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模。f冲=ktl 式中: -材料抗剪强度； l-冲裁周边总长； t-材料厚度。系数k是考虑到实际生产中，模具间隙值得波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动的因素的影响而给出的修正系数，一般k值取1.3。根据工件材料的力学性能查表可得抗剪强度取380mpa。f冲=1.30.3561.1550=120.4kn4.3.3卸料力的计算在冲裁结束时，由于材料的弹性回复及摩擦存在，将冲入凹模内的工件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料卸下，从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力5，卸料力计算公式如下： f卸= k卸 f冲 式中： f卸-卸料力；f冲-冲裁力；k卸-卸料力系数查表得0.05；f卸=0.05120.4=6.02kn4.3.4弯曲力的计算由于弯曲力受材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构等多种因素的影响，很难用理论分析方法进行准确的计算，生产中常按经验公式对弯曲力进行近似计算。影响弯曲力大小的基本因素有变形材料的性能和质量；弯曲件的形状和尺寸；模具结构及凸凹模间隙；弯曲方式等，因此很难用理论的分析法进行准确的计算。实际中常用经验公式进行概略计算，以作为弯曲工艺设计和选择冲压设备的理论6。弯曲件的经验公式为：f弯=0.7kbt2b/+t 式中： f弯-自由弯曲力； b-弯曲件的宽度（mm）；t-弯曲件材料的厚度（mm）； -内弯曲半径（等于凸模圆角半径）（mm）； b-弯曲件的抗拉强度（mpa）,查考文献5b为300mpa； k-安全系数，一般取1.3。因零件不仅有一个地方弯曲，所以总弯曲力按照总弯曲宽度计算 fz =0.7kbt2b/（+t） =0.71.3（18+27.4+10）0.32700/（0.3+0.3） =5.3kn4.3.5 总冲压力的计算总冲压力等于各工位冲压力之和，则f=f冲 + f卸+ f弯=120.4+6.02+5.3=131.72kn4.3.6压力机的选择压力机可分为机械式和液压式，机械式压力机分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速数控压力机，液压式压力机分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母c，其操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000t。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高5。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，查压力机型号规格表初选压力机为j23-16型号的压力机。4.3.7压力中心计算模具压力中心是指冲压时多个冲压力合力的作用点位置。模具设计时计算压力中心是为了避免模柄与冲压和利利的中心点产生的偏心导致模具的寿命和强度减小。压力中心可按照以下几种方式确定。（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，压力中心与零件的对称中心相重合。（3）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冲模压力中心。求出合力作用点的坐标位置（x0，y0），即为所求模具的压力中心13。x0（l1x1+l2x2+l nxn）（l1+l2+ln） （5-6） y0（l 1y1+ l 2y2+l nyn）（l 1+ l 2+l n） （5-7） 式中：x0-压力中心的横坐标； y0-压力中心的纵坐标； l-冲裁件轮廓尺寸； x-各线段重心的横坐标； y-各线段重心的纵坐标。x0（15.725+9.430 +89513.86）（15.7+9.4+89）276.06y0（15.731+9.420 +8925）（15.7+9.4+89）56即压力中心为（276.06，56）4.3.8冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，模具的合理间隙也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证，本套模具采用分别加工法进行加工。分开加工时计算公式如下：冲孔凸模尺寸： 冲孔凹模尺寸： 落料凸模寸： 落料凹模尺寸： 孔距尺寸： 其中： ，-分别为落料凸、凹模基本尺寸； ，-分别为冲孔凸、凹模基本尺寸； -冲孔件孔的最小极限尺寸； -落料件最大极限尺寸； ，-分别为凹模上偏差，可按it7，凸模下偏差，可按it6； -制造公差； -磨损系数，其值在0.51之间。该制件的最小双边间隙为zmin=0.012mm，最大双边间隙zmax=0.018mm，则有zmax- zmin=0.06。零件内部尺寸50+0.3mm；外形尺寸35.4 0-0.62 mm；25 0-0.52 mm，32.8 0-062 mm；18.8 0-052mm。冲孔凸模： d凸1=( 5+0.50.3) 0-0.02 = 5.150-0.02mm冲孔凹模： d凹1=（5+0.50.3+0.06）0+0.02 = 5.1560+0.02 mm落料凹模： d凹1=（25-0.50.52）0+0.03=24.740+0.02mmd凹2=（35.4-0.50.62）0+0.03=35.090+0.02mmd凹3=（32.8-0.50.62）0+0.03=32.490+0.02mmd凹4=（18.8-0.50.52）0+0.03=18.540+0.02mm落料凸模： d凸1=（25-0.50.52-0.006）0-0.03=24.7340-0.03mmd凸2=（35.4-0.50.62-0.006）0-0.03=35.0840-0.03mmd凸3=（32.8-0.50.62-0.006）0-0.03=32.484-0.03mmd凸4=（18.8-0.50.52-0.006）0-0.03=18.5340-0.03mm5 进度计划2012年12月- 2013年1月：研究冲件图，收集、研读资料，拟定冲压工艺方案，完成排样图，书写开题报告。2013年1月- 2013年2月：分析产品工艺技术要求，测绘制品零件图。比较并拟定制品成型工艺方案及模具结构方案。2013年2月- 2013年3月：进行必要的工艺计算，完成模具装配草图。2013年3月- 2013年4月：确定成型工艺和模具总体结构。完成工程计算，绘制模具装配图。2013年4月- 2013年5月：绘制模具主要零件图。制订主要模具零件的加工工艺规程。2013年5月-