毕业设计（论文）-异形卡冲压工艺分析及模具设计.doc

异形卡冲压工艺分析及模具设计摘要：先对异形卡进行了冲压工艺分析，包括结构、精度、材料等各方面，得出零件有良好的冲压工艺性能。再在此基础上分析了各工序确定了一套最佳的工艺方案。工艺方案确定即确定了模具的总体结构，即采用一套冲孔落料正装复合模和一套弯曲模。在模具设计过程中，充分利用已掌握知识和大量查阅资料，利用作图计算方法快速精确得出结果。复合模中模架选用标准，为设计提供了方便。复合模采用弹性卸料装置可使料平整。弯曲模中斜楔的设计、斜楔与联板的运动关系通过作图，使计算结果精确可靠。模具采用前后出料，设有手柄方便可行。采用芯轴凸模与凹模滑块使设计巧妙、模具结构简单，实现在一副模具上先后分两次弯曲成形。在这副模具中，联板复位弹簧的选择是关键，它关系到模具能否完成弯曲变形，要考虑各方面因素，且经过反复计算推理确定合适的弹簧。关键词：冲孔落料，弯曲，芯轴凸模，凹模滑块Stamping Process Analysis and Die Design for Shaped CardAbstract：Shaped cards were first on the stamping process analysis, including all aspects of construction, precision, materials,and the parts have good stamping process performance.Then on the basis of the analysis of the various working procedures to determine a set of optimum process scheme.Scheme in the process determines the general structure of the mould, which adopts a set of punching blanking suits composite modulus and a set of bending die.In the process of die design,it makes full use of available knowledge and lots of access to information,using the mapping method to quickly and accurately draw results.Composite mold select criteria,which provides convenience for the design.Compound die with elastic discharging device can keep the material smooth.The design of the wedge and the relation between wedge and plate movement in the bending mode pass mapping, making the calculation results accurate and reliable.Mould which equipped with convenient handle available adopts the before and after discharging.Using the core shaft punch and die slider so clever design, simple mold structure, implemente twice bending on a pair of mold. In this pair of mould, the selection of plate return spring is critical, because it relates to whether the mold can complete bending deformation. We need taking into account all factors, and after repeated calculations to determine a suitable spring.Keywords: Punching and Blanking,Bending,Core Shaft Punch,Die Slider目 录1 前言11.1 冲压加工概述 11.2 冲压技术的发展21.2.1 冲压工艺理论进展方面.21.2.2 冲压生产自动化方面.21.2.3 模具技术方面.22 零件的工艺性分析42.1 零件结构42.2 零件精度42.3 零件材料43 确定工艺方案53.1 工序性质53.2 工序顺序53.3 工序组合54 确定模具总体结构64.1 冲孔落料复合模总体结构64.1.1 模具类型.64.1.2 工作零件.64.1.3 板料定位方式.64.1.4 卸料及出件方式.64.1.5 垫板.64.1.6 模架.74.2 弯曲模总体结构.74.2.1 模具类型.74.2.2 工作零件.74.2.3 定位方式.74.2.4 出件方式.74.2.5 其他辅助结构.85 工艺计算.95.1 冲裁工艺计算.95.1.1 零件展开尺寸计算.95.1.2 排样.105.1.3 凸模和凹模工作部分尺寸计算.115.1.4 冲裁力.145.1.5 卸料力、推件力和顶件力.145.1.6 初选压力机.155.1.7 压力中心的确定.165.2 弯曲工艺计算.165.2.1 弯曲力.165.2.2 弯曲模工作部分参数.175.2.3 初选压力机.196 冲孔落料复合模零件的设计与计算.206.1 非标准件的设计.206.1.1 落料凹模的设计.206.1.2 固定板的设计.206.1.3 橡胶的设计.206.1.4 卸料板的设计.226.1.5 凸凹模的设计.226.1.6 空心垫板的设计.236.1.7 冲孔凸模的设计.236.1.8 垫板的设计.246.1.9 顶件板的设计.246.1.10 推杆的设计.246.2 标准件的选取.256.2.1 模架.256.2.2 卸料螺钉.276.2.3 导料销和挡料销.276.2.4 顶杆.286.2.5 推板. 286.2.6 螺钉和销钉.297 弯曲模零件的设计与计算.317.1 非标准件的设计.317.1.1 弯曲凸模的设计.317.1.2 联板的设计.317.1.3 斜楔的设计.327.1.4 滑动凹模的设计.337.1.5 固定板的设计.347.1.6 导滑板的设计.347.1.7 下模档板的设计.357.1.8 手柄的设计.357.1.9 上模档板的设计.357.1.10 定位板的设计.357.1.11 顶板的设计.367.1.12 弹簧弹顶器的设计.377.1.13 模座的设计.377.2 标准件的选取.377.2.1 弹簧.377.2.2 模柄.397.2.3 螺钉和销钉.407.2.4 限位柱.418 其他相关设计.438.1 螺钉孔和销钉孔.438.1.1 孔的结构和尺寸.438.1.2 开孔位置.438.1.3 孔间距.448.2 冲模零件用材料.44 8.2.1 冲孔落料复合模零件用材料.448.2.2 弯曲模零件用材料.459 压力机的校核.469.1 冲孔落料复合模压力机的校核.469.1.1 压力机负荷曲线与冲压力曲线的比较.469.1.2 压力机行程的校核.469.1.3 模具闭合高度的校核.469.2 弯曲模压力机的校核.479.2.1 压力机负荷曲线与冲压力曲线的比较.479.2.2 压力机行程的校核.489.2.3 模具闭合高度的校核.4810 模具装配图.4910.1 冲孔落料复合模装配图.4910.1 弯曲模装配图.5011 结论.51参考文献.52感谢.54VI太原工业学院毕业设计 551 前言 1.1 冲压加工概述 冷冲压是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法1。冷冲压又称板料冲压，是塑性加工方法的一种，且在加工时无切屑，材料利用率高，在机械制造领域里有着广泛的应用。进行冲压加工时，冲压设备将力传递给模具，模具通过相应的动作将力作用于毛坯或半成品的不同形状、大小的轮廓，使其产生相应的变形。模具的工作部分扮演着十分重要的角色，它不但与毛坯直接相互作用使毛坯产生塑性变形，而且能利用模具的工作部分对毛坯的作用，实现对其产生塑性变形进行控制，达到冲压成型的目的。冲压加工之所以应用广泛，是因为和其它加工方法相比，具有许多特点：1） 低耗、高效、低成本2） “一模一样”、质量稳定、高一致性3） 可加工薄壁、复杂零件4） 易于实现机械化和自动化5） 板料有良好的冲压成型性能，模具成本高在实际生产中，冲压加工的零件在原材料性能、板料厚度、精度要求、零件的形状与尺寸、生产批量等方面各不相同，所以冲压加工方法、冲压设备和模具种类多种多样，各有特点。但根据变形特点可分为分离工序和成形工序两大类。分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓相互分离；成形工序是在材料不产生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，形成所需要的形状及尺寸的制件1。分离工序和成形工序按照各自的要求和特点又可分成许多具体的工序，如分离工序中几乎所有冲压件都要经过的工序冲孔、落料，成形工序有弯曲、拉深等。要进行冲压加工，冲压设备必不可少，它是冲压加工的一个基本要素，是完成冲压加工的硬件设施。根据冲压加工的需要，产生了许多不同类型的压力机，其分类方法也多种多样。最基本的方法是按传动方式的不同来分，主要分为机械压力机和液压压力机。在压力机的主要技术参数中，公称力、滑块行程、最大最小装模高度是冲压加工进行设备选用和校核时主要考虑的因素。此外，压力机的负荷曲线图无论在选用压力机以及校核压力机时都扮演着重要的角色。 1.2 冲压技术的发展 过去的数十年，冲压生产发展迅猛，尤其在相关学科和技术成果的相互融入下，进一步促进了冲压技术的发展，有望在下面几个方面取得成果。1.2.1 冲压工艺理论进展方面 传统塑性力学分析方法在适当简化应力与应变分析基础上，可概略地完成冲压工艺设计所必须的工艺计算，但不够准确。随着有限元理论的发展，可以对某个具体的冲压成形过程中毛坯的应力与应变进行分析与计算，得到相应的力学与变形有关的工艺参数2，将成为冲压分析的重要手段。1.2.2 冲压生产自动化方面冲压自动化不仅可以大幅度提高劳动生产率，改善劳动条件，降低成本，而且能够有效地保证冲压生产中的人生安全，从根本上改变冲压生产面貌2。与早期的冲压生产自动化相比，现代冲压生产自动化形式更多、针对范围更广，无论是小型零件的大批量生产还是大批量生产中型冲压件以及大型零件的大批量生产都有相应的合理的自动化模式。合理的自动化模式必然离不开愈来愈多的冲压用软件的开发。从最基本的排样来说，排样是冲压模具设计中的一个最重要过程之一，材料成本是板料冲压的主要成本，努力减少废料可以节约大量板材。现就有利用AutoCAD的ObjectARX开发工具建立了一个实用的空白布局优化系统，布局优化的原则是首先进行描述，然后系统给出总体结构，这个系统不但计算合理，而且对制造要求和用户操作也作了充分的考虑3。随着社会的发展，理论和技术的进步，冲压生产自动化必定不断深入发展，并且已成为冲压生产的一种发展趋势。1.2.3 模具技术方面冲压加工离不开模具，模具也是冲压加工的一个基本元素，模具技术对冲压技术水平有很大影响。模具技术包括模具设计、模具制造和模具材料与热处理三个方面2。 模具设计与制造方面，已成功地应用了电子计算机技术、CAD/CAM方法，使模具技术有很大提高。就拿汽车冲压件的生产来说，计算机辅助产品开发已成为汽车行业最重要的技术。如今建立了汽车冲压模具开发一个集成的CAD/CAE/CAM系统，该系统是基于三维表面结构CAD软件STRIM，CAD/CAE软件CATIA，冲压成形分析软件Dynaform,CAM软件CADCEUS,冲压设计知识为基础的系统和产品数据库，该系统可以大大减少开发时间和成本，提高产品质量，推动产品进入市场时间较短4。在模具材料方面，除了已经相当成熟地应用优质冲模合金钢和硬质合金外，近期已成功地应用陶瓷冲模进行硬质薄合金板材的冲裁研究成果的报导2。冲模在长期工作过程中会产生高的接触应力和非均匀应变，这些反过来会导致高的磨损和回弹。为了防止在冲压模具中的过度磨损的影响，已经提出了各种对策，如替代涂料、改性表面，增加了新模具材料包括铸铁、冷作工具与粉末冶金工具钢的使用，一个根据模具具体工作环境而开发的材料性能测试系统也已成熟5。2 零件的工艺性分析 零件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性6。对于各种成形工序来说，用于冲压的材料，必须具有足够的塑性和韧性、良好的弯曲性能和拉深性能等7。冲压用材料的冲压性能直接影响到制件的表面质量、尺寸精度、形状精度、工序数及成形的难易程度等。因此，研究材料的冲压性能十分有必要。2.1 零件结构 该零件对于落料形状简单，可实现少无废料排样，节省材料。查【8】表3-7有导向凸模冲孔时的最小尺寸为0.3t,而小孔直径0.3t=0.3mm,小孔可直接冲出。查【6】表2-6有材料最小弯曲半径为1.0t即1x1=1mm,弯曲圆角半径都较最小弯曲半径大，不易产生裂纹，可一次弯曲成形。零件为对称弯曲，使弯曲时受力平衡，毛坯不易产生滑动。故该零件有良好的冲压工艺性。2.2 零件精度 零件未标注精度，按IT14设计，一般的冲压加工就能满足。2.3 零件材料 该零件材料为2A11M，即软铝铜合金。查【2】表1-3-21有b230Mpa、=12%有良好的冲压工艺性。3 确定工艺方案 确定工艺方案就是确定冲压件的工艺路线，主要包括冲压工序数、工序的组合和顺序等6。在工艺分析的基础上，根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、尺寸大小、形状复杂程度、材料的厚薄、冲模制造条件和冲压设备条件等多方面因素6，结合保证冲裁件有较好的质量原则、产品经济实用性原则、对制作者的人身安全性原则，拟定出一个合理的工艺方案。3.1 工序性质 通过分析零件结构，能很容易地得出该零件需要的工序有：落料、冲孔、弯曲。3.2 工序顺序 通过对工序性质的了解，有三种工序顺序的安排方案：方案一：先落料，再冲孔，最后弯曲。方案二：冲孔落料一起完成，再弯曲。方案三：冲孔落料弯曲都同时完成。对应方案一需设计三套单工序模，方案二需设计一套冲孔落料复合模和一套弯曲模，方案三需设计一套冲孔落料弯曲复合模或者是冲孔落料弯曲级进模。3.3 工序组合 考虑零件形状尺寸精度、模具成本、生产批量等多方面因素，决定将冲孔落料工序组合在一起，即选择以上方案二。这样不用像方案一那样模具数量繁多，不仅零件精度难以保证而且生产工序繁杂，不适合中批量生产。也不用像方案三那样模具复杂，模具成本高。综上，选择方案二。4 确定模具总体结构4.1 冲孔落料复合模总体结构4.1.1 模具类型 零件厚度为1mm，较薄，为使冲裁件平整，采用正装冲孔落料复合模。4.1.2 工作零件 冲孔凸模：冲孔凸模尺寸太小，采用与固定板铆接的形式。落料凹模：采用整体式结构，并用螺钉销钉直接和下模座连接固定，洞口形状采用直通式。凸凹模：采用整体台阶式。4.1.3 板料定位方式 采用挡料销控制送料步距及导料销控制送料方向。4.1.4 卸料及出件方式 板料采用由橡胶、卸料螺钉和卸料板组成的弹性卸料装置进行卸料。冲孔废料由压力机打杆推动装于上模座内的推板，再由推板推动推杆实现推出冲孔废料。顶件方式采用弹性顶件装置，由安装于压力机工作台下的弹性顶件装置产生力推动顶杆，再由顶杆推动顶件板实现将工件顶出。4.1.5 垫板 为防止过大的冲压力直接加到上、下模座上，而压出凹坑影响模具正常工作，采取在上下固定板与模座之间加垫板。4.1.6 模架 采用中间滑动导柱模架，两个导柱左右对称分布，使受力均衡且送料方便。所成形零件精度要求不高，故选用二级精度模架。 模柄采用压入式模柄，模柄与上模座用台阶固定且加止转销。4.2 弯曲模总体结构4.2.1 模具类型 零件较薄，材料为软态铝合金，变形能力好，故设计一次弯曲成形模。4.2.2 工作零件 凸模：采用芯轴凸模，用联板固定芯轴，联板用台阶固定于固定固定板上，固定板又用螺钉销钉与上模座连接，这样就能使芯轴随上模座而运动。凹模：凹模采用滑块的形式，分左右凹模滑块。凹模滑块的运动由固定在固定板上的斜楔带动，凹模滑块的复位由两侧安装的弹簧实现。4.2.3 定位方式 采用定位板定位，定位板用螺钉固定在凹模滑块上。4.2.4 出件方式 本设计采用前后出件，在芯轴凸模一侧设手柄，并设计弹簧使其复位。待弯曲过程结束，拉动手柄冲件即可掉下。4.2.5 其他辅助结构 导滑板：为了使凹模滑块运动平稳可靠，设计导滑板，使凹模滑块在斜楔的推动下在导滑板内运动。顶板：顶板装于导滑板内并与凹模滑块一起参与零件的弯曲成形，兼有压料的作用。限位柱：为了防止冲压过程中固定板与凹模滑块相碰撞损坏芯轴及其他零件，采用限位柱来限制冲程。5 工艺计算5.1 冲裁工艺计算5.1.1 毛坯尺寸的计算 毛坯尺寸计算采用展开法计算，即把零件分成直边和弯曲圆弧，其展开长度等于各直边部分和各圆弧部分中性层之和。如图通过绘制CAD图得到各个直线（a1、a2、a3)及圆弧部分(ll、l2、l3、l4、l5)的尺寸以便进行毛坯尺寸计算。 a) 零件 b) 零件分段图5.1 零件图与零件分段图 根据弯曲半径及材料厚度查【6】表4-2得各圆弧部分的中性层半径有：1=1.87，2=3.44，3=6.50，4=10.5，5=3.44，再由【6】公式4-2 l= 式中：l中性层展开长度(mm)； 弯曲中心角(度)； 中性层半径（mm）计算各圆弧部分中性层展开长度。即：l1=0.01745=0.01745901.87=2.94mml2=0.01745=0.01745573.44=3.42mml3=0.01745=0.01745576.50=6.47mml4=0.01745