毕业设计（论文）-电器柜连接板模具设计说明书.doc

第1章 绪论1.1 课题背景模具的发展是体现一个国家现代化水平高低的一个重要标志，就我国而言，经过了这几十年曲折的发展，模具行业也初具规模，从当初只能靠进口到现在部分进口已经跨了一大步，但还有一些精密的冲模自己还不能生产只能通过进口来满足生产需要。我国冲压模具无论在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都已有了很大发展，但与国发经济需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、精度、复杂、长寿命的高档模具每年仍大量进口，特别是中高档轿车的覆盖件模具，目前仍主要依靠进口。一些低档次的简单冲模，已趋供过于求，市场竟争激烈。 根据我国海关统计资料,2004年我国共进口冲压模具5.61亿美联社元,约合46.6亿元.从上述数字可以得出2004年我国冲压模具市场总规模约为266.6亿元.其中国内市场需求为260.4亿元,总供应约为213.8亿元,市场满足率为82%.在上述供求总体情况中,有几个具体情况必须说明:一是进口模具大部分是技术含量高的大型精密模具,而出口模具大部分是技术含量较低中的中低档模具,因此技术含量高的中高档模具市场满足率低于冲压模具总体满足率,这些模具的发展已滞后于冲压件生产,而技术含量低的中低档模具市场满足率要高于冲压模具市场总体满足率;二是由于我国的模具价格要比国际市场低格低许多,具有一定的竟争力,因此其在国际市场前景看好,2005年冲压模具出口达到1.46亿美元,比2004年增长94.7%就可说明这一点;三是近年来港资、台资、外资企业在我国发展迅速，这些企业中大量的自产自用的冲压模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、九五“期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国Parametric Technology公司 Pro/Engineer，美国CV公司的CADSS，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E, 以色列公司的Cimatron 还引进了AutoCAD CATIA 等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术/DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。 我国的冲压模具设计制造能力与市场需要和国际先进水平相比仍有较大差距。这一些主要表现在高档轿车和大中型汽车覆盖件模具及高精度冲模方面，无论在设计还是加工工艺和能力方面，都有较大差距。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点，可代表覆盖件模具的水平。虽然在设计制造方法和手段方面基本达到了国际水平，模具结构周期等方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动阀片多功能模具，已基本达到国际水平。 但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。 模具表面强化技术也得到广泛应用。工艺成熟、无污染、成本适中的离子渗氮技术越来越被认可，碳化物被覆处理（TD处理）及许多镀（涂）层技术在冲压模具上的应用日益增多。真空处理技术、实型铸造技术、刃口堆焊技术等日趋成熟。激光切割和激光焊技术也得到了应用。1.2 模具设计与制造能力现状1.2.1实现本项目预期目标和具备的条件在校期间，通过两年的基础知识的学习和一年半的塑料成型工艺与模具设计、冲压工艺及冲模设计、材料成性原理、材料成性技术基础等塑料注射模具、冲压模的专业知识以及PRO/E、AutoCAD、Moldflow、Dynaform的多个计算机辅助设计软件的学习，已初步具有设计模具的理论知识储备。并且，在校实习工厂进行了数控加工、模具拆装、测绘等各项实践活动和对涡轮蜗杆减速器的设计。在参考大量文献和专著之后，力求使模具结构合理，低成本，且能生产出能满足技术要求的制件。现学校实验室可提供注射机、线切割、数控加工中心、雕刻机、数控车、数控铣、电火花加工机床、三坐标测量仪等设备。在指导老师细心的帮助下，预期达到各项技术要求。1.2.2设计内容本题目的设计内容是线卡的模具设计。工艺是把条形的板料通过冲孔、落料和弯曲制成设计要求的形状。具体的是在单工序模具上把板料落料成需要的尺寸大小并冲裁出规定形状，然后是在弯曲模具上把板料弯曲成设计的形状。在制造过程中，主要的技术问题是弯曲过程中弯曲裂纹的防止和制件回弹的控制。最终完成的卡板模具设计是冲压过程工艺流程图一套，模具装配图两套，模具中非标准零件的零件图以及两个重要零件（如，凸模、凹模）的模具制造工艺的编制。第2章 生产工艺性分析2.1 工艺性审查2.1.1制件的材料08钢为极软的碳素钢，强度、硬度很低，而韧性和塑性极高，具有良好的深冲、拉延、弯曲和镦粗等冷加工性能、焊接性能。但存在时效敏感性，淬硬性及淬透性极低。时效敏感性比08F稍弱，不宜切削加工，退火后，导磁性能好，大多轧制成高精度的薄板、薄带、冷变形材、冷拉、冷冲压，带用以制造易加工成形，强度低的深冲压或深拉延的覆盖零件和焊接构件。 4抗拉强度 b (MPa)：325(33) 屈服强度 s (MPa)：195(20) 伸长率 ()：33 断面收缩率 ()：60 硬度 ：未热处理,131HB 2.1.2冲压结构的工艺性(1)冲压件的形状应能符合材料的合理排样，减少废料。(2)冲压件各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角。本设计采用的是少废料的排样方式，所以各连接处可以无圆角。(3)冲压件凸出或凹入部分宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂与狭槽。(4)冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度有关系。(5)冲裁间隙，弯曲模间隙及高度的确定，应符合制件要求。(6)各工序凸,凹模动作行程的确定，应保证各工序动作稳妥，连贯。(7)卸料装置的动作空间的确定，应保证制件及废料的顶出互不干涉。(8)压件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离a受模具强度和冲压件质量的限制，其值不宜过小。本设计中a的值均较小，以至使得模具的结构比较复杂，并在一定程度上影响到模具的使用寿命。(9)冲压件的精度和毛刺：精度等级按查有关资料取IT14由制件零件图资料可以知道：制件冲压工艺满足以上要求，采用精密冲压时的模具结构复杂，而且模具寿命较低，故本设计中的冲压采用普通冲压。2.2 结构形状特点 如图1，制件的结构不对称，整体形状不是很复杂，外形尺寸较大，难度在于两侧弯曲的部分，弯曲部分高度不一，且有横向弯曲，所以在模具设计时要注意弯曲部分的成型。制件属于一般批量生产，所以模具的生成效率要求不是高，具备一般的的使用寿命即可。冲压部分采用IT14级精度的普通冲裁模，以提高模具的使用寿命。初步采用冲压和弯曲工序来完成，即首先通过冲裁模冲裁出制件展开毛坯的形状，然后再通过弯曲模具弯曲成制件的形状。 图1 产品零件图通过计算最小弯曲半径确定制件是否能满足弯曲的要求，r/t=1/0.8=1.25rmin/t，故满足弯曲条件。所以，总体上该制件符合冲压成型的要求。第3章 工艺方案的论证3.1 分析制件的变形类型制件的成形大体可分为三个部分：落料、冲孔和弯曲。(1)落料及冲孔落料是指把提供的板料裁剪成制件展开尺寸大小形状的毛坯，冲孔主要是把图示中的中间部分冲裁出来，这两步可以在同一模具上完成。图2落料冲孔(2)弯曲将通过第一套落料冲孔模具冲裁的毛坯放在弯曲模上，把制件的弯曲部分弯曲成型。如图3所示。图3弯曲3.2 工艺方案的分析初步确定采用如下两套工艺方案：方案一：剪裁冲孔、落料分步弯曲剪裁主要是为冲裁部分准备出合适的条料，为了保证宽度方向上的精度可以在滚剪机上进行剪裁。然后在级进模上冲裁出弯曲部分所须的毛坯，最后是对毛坯的弯曲成型，先进行初步弯曲，再第二次弯曲成制件形状。弯曲部分的加工，分步弯曲可以使模具设计结构简单，但同时增加了模具数量，增大了制造模具的费用，也加大了工人的劳动强度。方案二：剪裁冲孔、落料一次弯曲剪裁主要是为冲裁部分准备出合适的条料，为了保证宽度方向上的精度可以在滚剪机上进行剪裁，然后一次成型出弯曲部分的毛坯。复合模结构比级进模较为复杂，使用寿命偏低，但生产效率大大提高。弯曲部分的一次成型，也可减小工人的劳动强度，提高生产效率。7综上，再考虑弯曲工艺安排原则： 尽量使毛坯或半成品的定位可靠、卸件方便。 应避免材料变薄或变形圆角区发生畸变。 便于试模后修正工作部分的几何形状和减小回弹。 复杂形状的弯曲件一般应采用跳步模（有利于送料和安全生产）。 应避免使用斜楔进行校正弯曲。 必要时弯曲件可加添工艺连接带或采用对称弯曲，或将两次弯曲变为一次弯曲（有利于提高弯曲件精度）。综上，选用方案二。第4章 工艺计算4.1 冲压模设计4.1.1坯料的展开长度图4毛坯图已知：t=0.8mm，r=1mm，r0.5t 。这类零件弯曲变形区材料变形不严重，且断面畸形小，可按应变中性层长度等于毛坯长度的原则计算。弯一个90角弯曲件，其毛坯长度计算公式为：L= l+l+l= l+l+(r+Kt)式中 l毛坯展开长度(mm)； l、l工件直边长度(mm)； k应变中性层位移系数； r弯曲件内弯曲半径(mm)； t板厚(mm)；且r/t=1.25.查表4-3得中性层位移系数k=0.425，所以可算得中性层曲率半径=r+kt=1+0.4250.8=1.34mm。(1) 求AB长度AB=8.9+4.2+0.2+(1+0.4250.8)mm=17.5mm(2) 求CD长度CD=5.4+4.2+0.2+(1+0.4250.8)mm=14mm其他尺寸与件中尺寸一致。4.1.2排样及材料的利用率设计落料冲孔复合模，首先要设计条料排样图，根据工件的特点采用直排有废料排样方式，如图5所示。图5排样图搭边宽度对冲裁过程及冲裁质量有很大影响， 搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，在冲裁中将被拉断，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口，因此搭边值的设置应当合理。本冲裁件的采用无侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，故按课本式(3-19)计算：条料宽度=(+2a+Z)查有关设计手册，按表3-13查的最小搭边值：a=2mm，a=1.8mm；=0.3, Z=1mm，可得: =(+2a+Z)=(100+22+1)=105 其中 条料宽度方向冲裁件的最大尺寸； a侧搭边值； 条料宽度的单向(负向)偏差； Z导料板与最宽条料之间的间隙。因此条料宽度：B=105mm；进距：h=73.3mm计算冲裁件的面积S，为 S=36.0（10.0+12.0）+28.0(17.5+14+36) +15.044.0+54.035.0-3.14100.0-34.011.0-3.145.55.5=4885.5 mm一个进距的材料利用率 =100%=100%=65%总利用率：查板材标准选用长为1000mm1000mm的08钢板料，一张板材能生产117个零件，总的材料利用率为57%。4.1.3压力中心的确定冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心应通过压力机滑块的中心线，冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。如图所示，坯料的形状为不规则的几何结构，所以其压力中心需要计算。图6压力中心形状复杂零件的压力中心可用解析法求得。解析法的计算依据是：合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩代数和，则可得压力中心坐标（x，y）计算公式为：x=y=如经计算(x，y)=(45.3，-2.5)在考虑模具正常使用和冲裁精确的基础上，为便于设计取压力中心为(50,0)4.1.4冲裁力的计算冲裁力F一般按下式计算：式中 K系数，一般取K=1.3；L冲裁周边长度，mm；t材料厚度，mm；材料抗剪切强度，MPa。K=1.3 =325Mpa其中L=100+17.52+5+100-10+3.141010+8+142+342+3.145.55.5=552.5mmF=1.3552.5mm0.8mm325 Mpa=143.610N推件力 F=nKF 其中由表3-11得K=0.055，n 同时梗塞在凹模内的工件个数，通常45。F=50.055143.610N=39.510N卸料力 F= KF，其中由表3-11得K=0.04F= 0.04143.610N=5.7510N4.1.5计算凸、凹模刃口尺寸在确定工作零件刃口尺寸计算方法之前，首先要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。结合模具结构及工件生产批量，适合采用配合加工落料凸模、凹模、凸凹模及固定板、卸料板，使制造成本降低，装配工作简化。因此工作零件刃口尺寸计算就按照配合加工的方法来计算，具体计算如下对零件图中未注公差的尺寸，按IT14级查设计手册可得其极限偏差为：mm ，mm，mm， 62mm,54mm，25mm，R10mm，15mm，12mm，10mm，8mm，14mm，R5.5mm，34mm。查表3-3取初始间隙值 Z=0.05 Z=0.07 落料以凹模为基准件，根据凹模刃口磨损后的尺寸变大（A类）、变小（B类）、不变（C类）三种情况，将零件图中各尺寸进行分类：A类尺寸：mm，mm， 62mm,54mm，25mm，R10mm，15mm， 因数x=0.5B类尺寸：12mm 因数x=0.5C类尺寸：10mm，8mm，14mm ，mm 因数x=0.5按凹模刃口尺寸计算如下：mm对应凹模尺寸为mmmm对应凹模尺寸为mm62mm对应凹模尺寸为mm54mm对应凹模尺寸为mm25mm对应凹模尺寸为mmR10mm对应凹模尺寸为mm15mm对应凹模尺寸为mm12mm对应凹模尺寸为mm10mm对应凹模尺寸为mmmm对应凹模尺寸为mm8mm对应凹模尺寸为mm14mm对应凹模尺寸为mm落料凸模的基本尺寸与凹模相同，同时在技术条件中注明：凸模的刃口尺寸与落料凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.050.07mm之间，且凸凹模采用环氧树脂固定法。凹模及凸凹模如图6，图7所示图6凹模图7凸凹模冲孔以凸模为基准件，根据凸模刃口磨损后的尺寸变大（A类）、变小（B类）、不变（C类）三种情况，将零件图中各尺寸进行分类：B类尺寸：R5.5mm 因数x=0.75C类尺寸：34mm 因数x=0.5按凸模刃口尺寸计算如下：R5.5mm对应凸模尺寸为 mm34mm 对应凸模尺寸为mm冲孔凹模的基本尺寸与凸模相同，同时在技术条件中注明：凹模的刃口尺寸与冲孔凸模的实际尺寸配制，并保证双面间隙0.050.07mm之间。冲孔凸模如图8示：图8凸模4.1.6选取压力机冲裁模冲裁的总压力FZ一般按下式计算：F= F+ F+ F计算得，F=228.410N根据压力机的公称压力要大于冲裁总压力和的1.11.3倍以及考虑其最大闭模高度、开模行程、工作台大小等因素的影响。故选择J23-35开式双柱可倾压力机。其主要参数如下：公称压力：350KN滑块行程：80mm滑块行程次数：50/次min最大闭合高度：280mm连杆调节长度：60mm工作台尺寸：前后左右=380mm610mm垫板尺寸：厚度直径=40150mm模柄孔尺寸：直径深度=50704.2 弯曲模设计4.2.1弯曲力弯曲模弯曲过程有两步，第一步是凸模向下运动和活动凹模配合的弯曲，第二步是斜楔向下使活动凹模沿支撑板，并施加校正力。第一步弯曲按自由弯曲计算，式中 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； 材料的抗拉强度，MPa； r弯曲件的内弯曲半径，mm；代入数据，B=28，t=0.8，=325，r=1，K=1.3计算得，F =2944N第二步弯曲的弯曲力按校正弯曲计算，式中 F校正弯曲力，N；A校正部分在垂直于凸模运动方向上的投影面积，mm；q单位面积校正力，MPa。代入参数，A=（12.5+9）28=602mm，q=30。计算得，F =18060N弯曲力是通过斜楔传递给滑块的，取滑块斜滑槽的角度为45，故总的弯曲力为F= F+ F代入参数，得F=21004N4.2.2弹簧（1）凸模Y方向弹簧。凸模Y方向弹簧在压力机下压时推动凸模与活动凹模完成第一阶段弯曲，初步完成U形，此处弹簧需要很大的力。可采用强力弹簧。查有关标准，选用强力弹簧3763。（2）活动凹模X方向复位弹簧。其作用是两次弯曲结束时对活动凹模施加X方向压力，在活动凹模回程时能准确复位，可采用一般圆柱螺旋压缩弹簧。查有关标准，选用圆柱螺旋压缩弹簧 0.6140 GB/T2089-1994。 （3）顶料板Y方向弹簧。两次弯曲结束后顶料板Y方向弹簧在顶杆的导向下推动顶料板将弯曲件顶出，此处弹簧需要很大的力。可采用强力弹簧。查有关标准，选用强力弹簧27100。4.2.3回弹因为所有圆弧部分的相对弯曲半径r/t5，可不考虑曲率半径的回弹，工件形状通过施加校正力保证。4.2.4凸模与活动凹模活动凹模在初始位置要配合凸模完成第一次弯曲成U形，然后活动凹模在斜楔的径向作用力下向中间移动，完成剩余部分的弯曲变形。凸模与凹模的间隙用(1.051.15)t来计算，得间隙值0.9mm。因弯曲半径的回弹可以忽略，故凸模圆角半径r=r=1mm。凹模的圆角取r=(36)t取r=5mm。第二次弯曲变形，由于滑块与斜滑槽接触面角度为45，所以活动凹模横向的行程为9mm。4.2.5主要模具零件的设计4.2.5.1 凸模第一次弯曲时凸模在弹簧的作用下向下移动，和活动凹模共同作用使制件弯成U形。其结构和具体尺寸如下图9所示。图9凸模4.2.5.2 活动凹模活动凹模的上表面、斜面、底面都是滑动平面，表面要求光滑。活动凹模的的侧面带圆角部位是弯曲凹模的工作部位，活动凹模两侧位置设有安装圆柱销孔道，圆柱销与X方向复位弹簧相连，弯曲结束后将滑块复位。活动凹模底部突出部分与导滑块相配合，确保活动凹模的准确滑动。具体结构和尺寸如图10所示。图10活动凹模4.2.5.3 斜楔由于斜楔的作用是对活动凹模施加压力，让其沿支承座横向运动进而完成第二次弯曲成形。因此斜楔尺寸与凸模尺寸有一定的关系要，其下端面成45与活动凹模相配合。图11斜楔4.2.5.4 导滑板导滑板的作用是保证活动凹模的横向移动，其下端凹进部分与活动凹模突出部分相配合。如图12所示，图12导滑板4.2.6 选取压力机总的弯曲力F=21004N，根据压力机的公称压力要大于弯曲总压力的(1.11.3)倍，压力机公称压力应为 P=（2310427305）N根据压力机公称压力、最大闭模高度、开模行程、工作台大小等因素的影响。故选择J23-6.3开式双柱可倾压力机。其主要参数如下：10公称压力：63KN滑块行程：635mm滑块行程次数：170n/min最大闭合高度：150mm连杆调节长度：35mm工作台尺寸：前后左右=200mm310mm垫板厚度：30mm模柄孔尺寸：直径深度=3035第5章 结构设计5.1 弯曲模的分类及设计要点由于弯曲件的种类很多，形状繁简不一，因此弯曲模的机构类型也是多种多样的。常见的弯曲模结构类型有：单工序弯曲模、级进弯曲模、符合弯曲模和通用弯曲模等。简单的弯曲模工作时只有一个垂直运动，复杂的弯曲模除垂直运动外，还有一个或多个水平运动。因此，弯曲模设计难以达到标准化，通常参照冲裁模的一般设计要求和方法，并针对弯曲变形的特点进行设计。设计时应考虑以下要点。（1） 坯料的定位要准确、可靠，尽可能采用坯料的孔定位，防止坯料在变形过程中发生偏移。（2） 模具结构不应妨碍坯料在弯曲过程中应有的转动和移动，避免弯曲过程中产生过度变薄和断面发生畸变。（3） 模具结构应能保证弯曲时上、下模之间水平方向的错移力得到平衡。（4） 为了减小回弹，弯曲行程结束时应使弯曲件的变形部位在模具得到校正。（5） 坯料的安放和弯曲件的取出要方便、迅速、生产率高、操作安全。（6） 弯曲回弹量较大的材料时，模具结构上必须考虑凸、凹模加工及试模时便于修正的可能性。5.2 弯曲模结构方案的确定图13 转轴弯曲结构1凸模；2活动凹模；3斜楔；4复位弹簧；5顶料板；6导滑板；7限位销根据弯曲件的结构形状，其弯曲部分分两步进行，第一步先将其完成U形，第二部在第一步弯曲部分的基础上内弯，达到制件要求。难点在于第二部分的弯曲是横向弯曲，这就需要模具有横向运动的机构，且其运动位移要根据弯曲部分的长度有所要求。综上各种要求，本模具采用的是斜楔式弯曲模。弯曲前，顶料板与活动凹模的上表面平齐，坯料放在顶料板处用挡料销定位，活动凹模承料部分也会防止毛坯移动，两种机构能防止坯料位置偏移。当上模下行时，凸模通过活动凹模将毛胚首先弯曲成U形，并进入两块成型滑块中间，上模继续下行，斜楔挤压活动凹模横向运动，并沿支承座向中心收缩，将工件挤压成型。第6章 总结通过三个多月的查阅资料和设计，我最终完成了此次