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四川理工学院毕业设计 论文 再次拉深 冲孔 切边复合模 学生 学号 05011027145 专业 材料成型及控制工程 班级 2005 1 指导教师 四川理工学院机械工程学院 二 oo 九年六月 四川理工学院毕业设计 论文 i 摘要 本设计说明书中概括了模具市场的发展趋势及冲压技术的概念和发展方向 主要是 再次 拉深 冲孔复合模的详细设计过程 包括工艺方案的确定 模具刃口尺寸的计算 以及压力机校核等 这种筒形零件采用冲压生产时必要的 由于零件的尺寸 结构 产 量限制最好采用复合模生产 还采用弹性压边圈保证压边圈回弹到需要的位置 为了便 于制造 修磨 拉深凸模 切边凸模 冲孔凸模和拉深 切边凹模均采用镶拼结构 用 螺钉拧紧在固定板上 由于采用了镶拼结构 故模具零件多 由于零件较小 还要与其 它零件连接 故零件制造要求高 另外由于采用的标准件少 所以模具的制造成本加大 关键词 冲压模具 拉深 成型工序 四川理工学院毕业设计 论文 ii abstract this brochure outlines the design mold the development of the market trends and the concept of stamping technology for the future again deep drawing punching compound die design process in detail including the process of determining program the calculation of the size die cutting as well as checking and other presses this tube shaped parts using stamping when necessary due to the size of components structure production limiting compound die using the best production but also adopt a flexible blank holder blank holder to ensure that the need to position rebound in order to facilitate manufacturing grinding drawing punch punch trimming punching and deep drawing punch die cutting edge composite structures are used the tightening screw in the fixed board as a result of the combined structure the mold parts and as a result of the smaller parts but also connect with other parts so parts manufacturing requirements in addition the use of standard parts therefore i die to increase the manufacturing costs keywords stamping die drawing molding processes 四川理工学院毕业设计 论文 1 目录 摘要摘要 abstract 第第 1 1 章章绪论绪论 1 1 11 1 模具市场十大发展趋势模具市场十大发展趋势 1 1 21 2 冲压的概念 特点及应用冲压的概念 特点及应用 2 1 31 3 冲压的基本工序及模具冲压的基本工序及模具 3 1 41 4 冲压技术的现状及发展方向冲压技术的现状及发展方向 4 第第 2 2 章章工艺性分析工艺性分析 8 2 12 1 材料分析材料分析 8 2 22 2 分析零件图分析零件图 8 2 1 1 冲压加工的经济性分析 9 2 1 2 冲压件的工艺性分析 10 2 32 3 毛坯高度毛坯高度 10 2 22 2 确定冲压件的总体工艺过程确定冲压件的总体工艺过程 11 2 2 1 选择冲压基本工序 12 2 2 2 确定冲压次数和冲压顺序 12 2 2 3 工序的组合方式 13 第第 3 3 章章计算冲压力及确定压力中心计算冲压力及确定压力中心 15 3 3 1 1 计算冲压力计算冲压力 15 3 1 1 冲裁力的计算 15 3 1 2 推件力的计算 15 3 3 2 2 确定压力中心确定压力中心 15 3 3 3 3 拉深工艺力的计算拉深工艺力的计算 16 3 3 1 压边力的计算 16 3 3 2 拉深力的计算 17 3 3 3 总冲压力 18 3 3 4 压力机类型的选择 18 第第 4 4 章章模具刃口尺寸计算模具刃口尺寸计算 19 4 4 1 1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 19 4 4 2 2 确定制件尺寸公差确定制件尺寸公差 19 4 4 3 3 计算冲孔凸凹模刃口尺寸计算冲孔凸凹模刃口尺寸 21 4 4 4 4 计算拉深凸凹模刃口尺寸计算拉深凸凹模刃口尺寸 22 4 4 5 5 凹模圆角半径凹模圆角半径凸模圆角半径凸模圆角半径 23 4 4 6 6 棘块凸凹模尺寸公差标注棘块凸凹模尺寸公差标注 25 第第 5 5 章章模具总体结构设计模具总体结构设计 27 5 5 1 1 模具类型模具类型 27 5 5 2 2 操作与定位方式操作与定位方式 28 5 5 3 3 卸料与出件方式卸料与出件方式 28 5 5 4 4 模架类型及精度模架类型及精度 29 第第 6 6 章章模具零件设计模具零件设计 31 6 6 1 1 拉深凹模设计拉深凹模设计 31 6 1 1 冲孔凹模洞口形状的选择 31 6 1 2 冲孔凹模的外形尺寸 31 6 1 3 凹模的固定方法 32 6 1 4 凹模的主要技术要求 32 6 6 2 2 冲孔凸模设计冲孔凸模设计 33 目录 2 6 2 1 凸模形式 33 6 2 2 凸模长度 33 6 2 3 冲孔凸模结构 33 6 6 3 3 凸模固定板凸模固定板 34 6 6 4 4 模架选用模架选用 34 6 6 5 5 模柄模柄 35 第第 7 7 章章压力机的校核压力机的校核 37 7 7 1 1 工称压力工称压力 37 7 7 2 2 滑块行程滑块行程 37 7 7 3 3 滑块行程次数滑块行程次数 37 7 7 4 4 压力机工作台面才尺寸压力机工作台面才尺寸 37 7 7 5 5 滑块模柄孔尺寸滑块模柄孔尺寸 37 7 7 6 6 闭合高度闭合高度 38 7 7 7 7 工作台孔尺寸校核工作台孔尺寸校核 38 总结总结 39 参考文献参考文献 40 致谢致谢 41 附录附录 a a 42 四川理工学院毕业设计 论文 1 第一章绪论 1 1 模具市场十大发展趋势 目前 国内市场对中高档模具的需求量很大 但要求国产模具必须在质量 交货期 等方面满足用户的需求 另外 随着近年来工业发达国家的人工费用增加 其模具生产 正向发展中国家特别是东南亚国家转移 因此 只要国产 模具的质量能够有提高 交 货期能够保证 模具出口的前景是十分乐观的 有专家认为 伴随着世界经济的一体化浪潮 全球制造业加速向中国大陆地区转移已是 大势所趋 中国也将逐步发展成为世界级的制造业基地 广东珠江三角地区将在十年之 内发展成为世界模具生产中心 模具市场十大发展趋势 一是模具日趋大型化 这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发 展的 一模多腔 所造成的 二是模具的精度越来越高 10 年前 精密模具的精度一般为 5 微米 现在已达到 2 3 微米 不久 1 微米精度的模具将上市 这要求超精加工 三是多功能复合模具将进一步发展 新型多功能复合模具除了冲压成型零件外 还 担负叠压 攻丝 铆接和锁紧等组装任务 对钢材的性能要求也越来越高 四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高 由于采用热流道技术的模具可提高 制件的生产率和质量 并能大幅度节约制作的原材料 因此热流道技术的应用在外国发 展很快 许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术 有的厂家使用率 达到 80 以上 效果十分明显 热流道模具在我国也已生产 有些企业使用率上升到 20 30 五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展 气辅模具及适应高压注射成型等工艺的 模具将随之发展 这类模具要求刚性好 耐高压 特别是精密模具的型腔应淬火 浇口 密封性好 模温能准确控制 所以对模具钢的性能要求很严 六是标准件的应用将日渐广泛 模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具 制造周期 且还能提高模具的质量和降低模具制造成本 因此 模具标准件的应用在 十五 期间必将得到较大的发展 七是快速经济模具的前景十分广阔 现在是多品种小批量生产时代 21 世纪 这种 生产方式占工业生产的比例将达到 75 以上 由此 一方面是制品使用周期缩短 另一 第一章绪论 2 方面花样变化频繁 要求模具的生产周期愈短愈好 因此开发快速经济模具将越来越引 起人们的关注 八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展 压铸模的比例将不断提高 同时对压铸 模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求 九是以塑代钢 以塑代木的进程进一步加快 塑料模具的比例将不断增大 同时 由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高 对塑料模具的要求也越来越高 十是模具技术含量将不断提高 中 高档模具比例将不断增大 这也是产品结构调 整所导致模具市场走势的变化 1 2 冲压的概念 特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备 主要是压力机 上的模具对材料施加压力 使其产生 分离或塑性变形 从而获得所需零件 俗称冲压或冲压件 的一种压力加工方法 冲压 通常是在常温下对材料进行冷变形加工 且主要采用板料来加工成所需零件 所以也叫 冷冲压或板料冲压 冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一 隶属于材料成型 工程术 冲压所使用的模具称为冲压模具 简称冲模 冲模是将材料 金属或非金属 批量 加工成所需冲件的专用工具 冲模在冲压中至关重要 没有符合要求的冲模 批量冲压 生产就难以进行 没有先进的冲模 先进的冲压工艺就无法实现 冲压工艺与模具 冲 压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素 只有它们相互结合才能得出冲压件 与机械加工及塑性加工的其它方法相比 冲压加工无论在技术方面还是经济方面都 具有许多独特的优点 主要表现如下 1 冲压加工的生产效率高 且操作方便 易于实现机械化与自动化 这是因为冲压 是依靠冲模和冲压设备来完成加工 普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次 高速 压力要每分钟可达数百次甚至千次以上 而且每次冲压行程就可能得到一个冲件 2 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度 且一般不破坏冲压件的表面质 量 而模具的寿命一般较长 所以冲压的质量稳定 互换性好 具有 一模一样 的特征 3 冲压可加工出尺寸范围较大 形状较复杂的零件 如小到钟表的秒表 大到汽车 纵梁 覆盖件等 加上冲压时材料的冷变形硬化效应 冲压的强度和刚度均较高 4 冲压一般没有切屑碎料生成 材料的消耗较少 且不需其它加热设备 因而是一 种省料 节能的加工方法 冲压件的成本较低 四川理工学院毕业设计 论文 3 但是 冲压加工所使用的模具一般具有专用性 有时一个复杂零件需要数套模具才能加 工成形 且模具制造的精度高 技术要求高 是技术密集形产品 所以 只有在冲压件 生产批量较大的情况下 冲压加工的优点才能充分体现 从而获得较好的经济效益 冲压在现代工业生产中 尤其是大批量生产中应用十分广泛 相当多的工业部门越 来越多地采用冲压法加工产品零部件 如汽车 农机 仪器 仪表 电子 航空 航天 家电及轻工等行业 在这些工业部门中 冲压件所占的比重都相当的大 少则 60 以上 多则 90 以上 不少过去用锻造 铸造和切削加工方法制造的零件 现在大多数也被质量 轻 刚度好的冲压件所代替 因此可以说 如果生产中不谅采用冲压工艺 许多工业部 门要提高生产效率和产品质量 降低生产成本 快速进行产品更新换代等都是难以实现 的 1 3 冲压的基本工序及模具 由于冲压加工的零件种类繁多 各类零件的形状 尺寸和精度要求又各不相同 因 而生产中采用的冲压工艺方法也是多种多样的 概括起来 可分为分离工序和成形工序 两大类 分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状 尺寸和断面质量的 冲压 俗称冲裁件 的工序 成形工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获 得一定形状和尺寸的冲压件的工序 上述两类工序 按基本变形方式不同又可分为冲裁 弯曲 拉深和成形四种基本工 序 每种基本工序还包含有多种单一工序 在实际生产中 当冲压件的生产批量较大 尺寸较少而公差要求较小时 若用分散 的单一工序来冲压是不经济甚至难于达到要求 这时在工艺上多采用集中的方案 即把 两种或两种以上的单一工序集中在一副模具内完成 称为组合的方法不同 又可将其分 为复合 级进和复合 级进三种组合方式 复合冲压 在压力机的一次工作行程中 在模具的同一工位上同时完成两种或两 种以上不同单一工序的一种组合方法式 级进冲压 在压力机上的一次工作行程中 按照一定的顺序在同一模具的不同工 位上完面两种或两种以上不同单一工序的一种组合方式 复合 级进 在一副冲模上包含复合和级进两种方式的组合工序 冲模的结构类型也很多 通常按工序性质可分为冲裁模 弯曲模 拉深模和成形模 等 按工序的组合方式可分为单工序模 复合模和级进模等 但不论何种类型的冲模 第一章绪论 4 都可看成是由上模和下模两部分组成 上模被固定在压力机工作台或垫板上 是冲模的 固定部分 工作时 坯料在下模面上通过定位零件定位 压力机滑块带动上模下压 在 模具工作零件 即凸模 凹模 的作用下坯料便产生分离或塑性变形 从而获得所需形 状与尺寸的冲件 上模回升时 模具的卸料与出件装置将冲件或废料从凸 凹模上卸下 或推 顶出来 以便进行下一次冲压循环 1 4 冲压技术的现状及发展方向 随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展 许多新技术 新工艺 新设备 新材料不断涌现 因而促进了冲压技术的不断革新和发展 其主要表现和发展方向如下 1 冲压成形理论及冲压工艺方面 冲压成形理论的研究是提高冲压技术的基础 目前 国内外对冲压成形理论的研究 非常重视 在材料冲压性能研究 冲压成形过程应力应变分析 板料变形规律研究及坯 料与模具之间的相互作用研究等方面均取得了较大的进展 特别是随着计算机技术的飞 跃发展和塑性变形理论的进一步完善 近年来国内外已开始应用塑性成形过程的计算机 模拟技术 即利用有限元 fem 等有值分析方法模拟金属的塑性成形过程 根据分析 结果 设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题 并通过在计 算机上选择修改相关参数 可实现工艺及模具的优化设计 这样既节省了昂贵的试模费 用 也缩短了制模具周期 研究推广能提高生产率及产品质量 降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工 艺 也是冲压技术的发展方向之一 目前 国内外相继涌现出精密冲压工艺 软模成形 工艺 高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密 高效 经济的冲压新工艺 其中 精密冲裁是提高冲裁件质量的有效方法 它扩大了冲压加工范围 目前精密冲裁加工零 件的厚度可达 25mm 精度可达 it16 17 级 用液体 橡胶 聚氨酯等作柔性凸模或凹模 的软模成形工艺 能加工出用普通加工方法难以加工的材料和复杂形状的零件 在特定 生产条件下具有明显的经济效果 采用爆炸等高能效成形方法对于加工各种尺寸在 形 状复杂 批量小 强度高和精度要求较高的板料零件 具有很重要的实用意义 利用金 属材料的超塑性进行超塑成形 可以用一次成形代替多道普通的冲压成形工序 这对于 加工形状复杂和大型板料零件具有突出的优越性 无模多点成形工序是用高度可调的凸 模群体代替传统模具进行板料曲面成形的一种先进技术 我国已自主设计制造了具有国 际领先水平的无模多点成形设备 解决了多点压机成形法 从而可随意改变变形路径与 四川理工学院毕业设计 论文 5 受力状态 提高了材料的成形极限 同时利用反复成形技术可消除材料内残余应力 实 现无回弹成形 无模多点成形系统以 cad cam cae 技术为主要手段 能快速经济地实现 三维曲面的自动化成形 2 冲模是实现冲压生产的基本条件 在冲模的设计制造上 目前正朝着以下两方面发展 一方面 为了适应高速 自动 精密 安全等大批量现代生产的需要 冲模正向高效率 高精度 高寿命及多工位 多 功能方向发展 与此相比适应的新型模具材料及其热处理技术 各种高效 精密 数控 自动化的模具加工机床和检测设备以及模具 cad cam 技术也在迅速发展 另一方面 为 了适应产品更新换代和试制或小批量生产的需要 锌基合金冲模 聚氨酯橡胶冲模 薄 板冲模 钢带冲模 组合冲模等各种简易冲模及其制造技术也得到了迅速发展 精密 高效的多工位及多功能级进模和大型复杂的汽车覆盖件冲模代表了现代冲模 的技术水平 目前 50 个工位以上的级进模进距精度可达到 2 微米 多功能级进模不仅 可以完成冲压全过程 还可完成焊接 装配等工序 我国已能自行设计制造出达到国际 水平的精度达 2 5 微米 进距精度 2 3 微米 总寿命达 1 亿次 我国主要汽车模具企 业 已能生产成套轿车覆盖件模具 在设计制造方法 手段方面已基本达到了国际水平 但在制造方法手段方面已基本达到了国际水平 模具结构 功能方面也接近国际水平 但在制造质量 精度 制造周期和成本方面与国外相比还存在一定差距 模具制造技术现代化是模具工业发展的基础 计算机技术 信息技术 自动化技术 等先进技术正在不断向传统制造技术渗透 交叉 融合形成了现代模具制造技术 其中 高速铣削加工 电火花铣削加工 慢走丝切割加工 精密磨削及抛光技术 数控测量等 代表了现代冲模制造的技术水平 高速铣削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精 度和表面质量 主轴转速一般为 15000 40000r min 加工精度一般可达 10 微米 最好 的表面粗糙度 ra 1 微米 而且与传统切削加工相比具有温升低 工件只升高 3 摄氏 度 切削力小 因而可加工热敏材料和刚性差的零件 合理选择刀具和切削用量还可 实现硬材料 60hrc 加工 电火花铣削加工 又称电火花创成加工 是以高速旋转的 简单管状电极作三维或二维轮廓加工 像数控铣一样 因此不再需要制造昂贵的成形 电极 如日本三菱公司生产的 edscan8e 电火花铣削加工机床 配置有电极损耗自动补 偿系统 cad cam 集成系统 在线自动测量系统和动态仿真系统 体现了当今电火花加 工机床的技术水平 慢走丝线切割技术的发展水平已相当高 功能也相当完善 自动化 程度已达到无人看管运行的程度 目前切割速度已达到 300mm min 加工精度可达 1 5 微米 表面粗糙度达 ra 01 0 2 微米 精度磨削及抛光已开始使用数控成形磨床 数控 第一章绪论 6 光学曲线磨床 数控连续轨迹坐标磨床及自动抛光等先进设备和技术 模具加工过程中 的检测技术也取得了很大的发展 现在三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数 据外 其良好的温度补偿装置 可靠的抗振保护能力 严密的除尘措施及简单操作步骤 使得现场自动化检测成为可能 此外 激光快速成形技术 rpm 与树脂浇注技术在快 速经济制模技术中得到了成功的应用 利用 rpm 技术快速成形三维原型后 通过陶瓷精 铸 电弧涂喷 消失模 熔模等技术可快速制造各种成形模 如清华大学开发研制的 m rpms 型多功能快速原型制造系统 是我国自主知识产权的世界惟一拥有两种快 速成形工艺 分层实体制造 ssm 和熔融挤压成形 mem 的系统 它基于 模块化技术集成 之概念而设计和制造 具有较好的价格性能比 一汽模具制造公司在以 cad cam 加工的 主模型为基础 采用瑞士汽巴精化的高强度树脂浇注成形的树脂冲模应用在国产轿车试 制和小批量生产开辟了新的途径 3 冲压设备和冲压生产自动化方面 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件 高精度 高寿命 高效 率的冲模需要高精度 高自动化的冲压设备相匹配 为了满足大批量高速生产的需要 目前冲压设备也由单工位 单功能 低速压力机朝着多工位 多功能 高速和数控方向 发展 加之机械乃至机器人的大量使用 使冲压生产效率得到大幅度提高 各式各样的 冲压自动线和高速自动压力机纷纷投入使用 如在数控四边折弯机中送入板料毛坯后 在计算机程序控制下便可依次完成四边弯曲 从而大幅度提高精度和生产率 在高速自 动压力机上冲压电机定转子冲片时 一分钟可冲几百片 并能自动叠成定 转子铁芯 生产效率比普通压力机提高几十倍 材料利用率高达 97 公称压力为 250kn 的高速压 力机的滑块行程次数已达 2000 次 min 以上 在多功能压力机方面 日本田公司生产的 2000kn 冲压中心 采用 cnc 控制 只需 5min 时间就可完成自动换模 换料和调整工 艺参数等工作 美国惠特尼公司生产的 cnc 金属板材加工中心 在相同的时间内 加工 冲压件的数量为普通压力机的 4 10 倍 并能进行冲孔 分段冲裁 弯曲和拉深等多种 作业 近年来 为了适应市场的激烈竞争 对产品质量的要求越来越高 且其更新换代的 周期大为缩短 冲压生产为适应这一新的要求 开发了多种适合不同批量生产的工艺 设备和模具 其中 无需设计专用模具 性能先进的转塔数控多工位压力机 激光切割 和成形机 cnc 万能折弯机等新设备已投入使用 特别是近几年来在国外已经发展起来 国内亦开始使用的冲压柔性制造单元 fmc 和冲压柔性制造系统 fms 代表了冲压生 产新的发展趋势 fms 系统以数控冲压设备为主体 包括板料 模具 冲压件分类存放 四川理工学院毕业设计 论文 7 系统 自动上料与下料系统 生产过程完全由计算机控制 车间实现 24 小时无人控制 生产 同时 根据不同使用要求 可以完成各种冲压工序 甚至焊接 装配等工序 更 换新产品方便迅速 冲压件精度也高 4 冲压标准化及专业化生产方面 模具的标准化及专业化生产 已得到模具行业和广泛重视 因为冲模属单件小批量 生产 冲模零件既具的一定的复杂性和精密性 又具有一定的结构典型性 因此 只有 实现了冲模的标准化 才能使冲模和冲模零件的生产实现专业化 商品化 从而降低模 具的成本 提高模具的质量和缩短制造周期 目前 国外先进工业国家模具标准化生产 程度已达 70 80 模具厂只需设计制造工作零件 大部分模具零件均从标准件厂购买 使生产率大幅度提高 模具制造厂专业化程度越不定期越高 分工越来越细 如目前有 模架厂 顶杆厂 热处理厂等 甚至某些模具厂仅专业化制造某类产品的冲裁模或弯曲 模 这样更有利于制造水平的提高和制造周期的缩短 我国冲模标准化与专业化生产近 年来也有较大发展 除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外 标准件品种也有扩 展 精度亦有提高 但总体情况还满足不了模具工业发展的要求 主要体现在标准化程 度还不高 一般在 40 以下 标准件的品种和规格较少 大多数标准件厂家未形成规模 化生产 标准件质量也还存在较多问题 另外 标准件生产的销售 供货 服务等都还 有待于进一步提高 第二章工艺性分析 8 第二章工艺性分析 2 12 1 材料分析 牌号 08 钢 标准 gb t 699 化学成份 c 0 05 0 11 i s 0 17 0 37 mn 0 35 0 65 力学性能 b 325mpa s a195mp 特性和用途 这种钢强度不大 而塑性和韧性高 有良好的冲压 拉延和弯曲性能 焊接性好 可作塑性好的零件 如管子 垫片 心部强度要求不高的渗碳和氰化零件 如套筒 短 轴 离合器盘 查 机械设计手册单行本 常用工程材料 p3 12 表 3 1 7 优质碳素结构钢的化 学成分和力学性能 2 2 分析零件图 产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据 图 2 1 所示为工件 四川理工学院毕业设计 论文 9 图 2 1 工件图 图 2 2 毛坯图 2 2 12 2 1 冲压加工的经济性分析 冲压加工的经济性分析 所谓经济性 就是以最少的耗费取得最大的经济效果 冲压生产中 在保证产品质 量 完成产品数量 品种计划的前提下 产品成本越低 则企业的经济效益就越大 进 行经济性分析首先要研究产品成本所包含的内容 需要对冲压件的加工方法 工艺制定 提出不同的方案 进行分析比较后 选择物质消耗尽量少就能生产出合格零件 满足用 户需要的最佳方案并加以实施 冲压加工方法是一种先进的工艺方法 因其生产效率高 材料利用率高 操作简单等一系列优点而得到广泛应用 由于一套模具的费用很高 生 产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性的作用 批量越大 冲压加工的单件成本 就越低 反之 批量小时 冲压加工的优越性就不明显 对于这种零件 由于是大批量 第二章工艺性分析 10 生产 故而采用冲压加工生产能够减少单件产品的成本 可以取得很好的经济效益 2 2 22 2 2 冲压件的工艺性分析 冲压件的工艺性分析 冲压件的工艺性分析是指该零件在冲压加工中的难易程度 即分析冲压件的结构设 计是否合理可靠 便于加工 并从几种可行的加工方案中选出最经济 最合理的方案 冲 压件多数靠模具大批量生产 工艺性的好坏直接影响企业的经济效益 实践中也经常遇到 很多冲压件 在保证装配关系和质量的前提下 零件尺寸或装配结构稍加改变 就能为企业 创造出较大的效益 在技术方面 主要分析该零件的形状特点 尺寸大小 精度要求和 材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求 良好的工艺性应保证材料消耗少 工序数目 少 模具结构简单且寿命长 产品质量稳定 操作简单 方便等 在一般情况下 对冲 压件工艺性影响最大的是冲压件的结构尺寸和精度要求 2 3 毛坯高度 旋转体拉深件的毛坯尺寸 可根据计算旋转体表面积的定理求得 任何形状的母线 绕轴线旋转一周得到的旋转体的表面积 等于该母线的长度与其重心绕该轴旋转轨迹的 长度 母线重心绕该轴所画出的圆周长 的乘积 即 f 2 rsl 式中f 旋转体表面积 mm2 rs 旋转体母线的重心到旋转轴线的距离 mm l 旋转体母线的长度 mm 毛坯的面积与旋转体的表面积相等 则由 得 2211 22lrlr ss 由于拉深材料厚度有公差 板料具有各向异性 模具间隙和摩擦阻力的不一致以及 毛坯的定位不准确等原因 拉深后零件的口部将出现凸耳 口部不平 为了得到口部平 mm31 56 725 395 50 1 1 l l 四川理工学院毕业设计 论文 11 齐 高度一致的拉深件 需要拉深后增加切边工序 将不平齐的部分切去 所以在计算 毛坯之前 应先在拉深件上增加切边余量 表 4 2 1 表 2 3 1 无凸缘零件切边余量 h mm 拉深件高度 h 拉深相对高度 h d 或 h b 附图 0 5 0 8 0 8 1 6 1 6 2 5 2 5 4 10 10 20 20 50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 1 0 1 2 2 3 4 5 6 7 1 2 1 6 2 5 3 8 5 6 3 7 5 8 5 1 5 2 2 5 3 8 5 6 3 7 5 8 5 2 2 5 4 6 8 10 11 12 5631 0100 31 56 100 31 56h dhd 查上表课得 h 3mm 则毛坯高度 1 l 56 31 3 59 31 60mm 确定高度后的毛坯图如下所示 图 2 3 毛坯图 二 2 4 确定冲压件的总体工艺过程 第二章工艺性分析 12 在综合分析 研究零件成型性的基础上 以材料的极限变形参数 各种变形性质 的复合程度及趋向性 当前的生产条件和零件的产品质量要求为依据 提出各种可能的 零件成形总体工艺方案 根据技术上可靠 经济上合理的原则对各种方案进行对比 分 析 从而选出最佳的工艺方案 包括成形工序和各种辅助工序的性质 内容 复合程度 工序顺序等 并尽可能的进行优化 2 4 12 4 1 选择冲压基本工序 选择冲压基本工序 剪切 落料 切边 冲孔 弯曲 拉深 翻边等是常见的冲压工序 各工序有其不 同的性质 特点和用途 有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性 质 有些零件的工序性质 则必须经过分析和计算才能确定 就此工件而言 很明显 从零件图上便能很直观的看出需要在再次拉深 冲孔和切边三道工序 2 4 22 4 2 确定冲压次数和冲压顺序 确定冲压次数和冲压顺序 1 冲压次数 冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数 如拉深件 可根据它的形状和尺寸 以及板料许可的变形程度 计算出拉深次数 此工件为再次拉深 只需拉深一次便可成 形 冲压次数也为一次 2 拉深系数 所谓拉深系数 即每次拉深后的圆筒形件的直径与拉深前毛坯 或半成品 的直径 之比 对于此次拉深系数 m 79 101 0 782 毛坯相对厚度 t d 1 100 0 01 1 表 2 4 1 圆筒形件带压边圈的极限拉深系数 各次拉深 系数 毛坯相对厚度 t d 100 2 1 51 5 1 01 0 0 60 6 0 30 3 0 15 0 15 0 08 m1 m2 m3 m4 m5 0 48 0 50 0 73 0 75 0 76 0 78 0 78 0 80 0 80 0 82 0 50 0 53 0 75 0 76 0 78 0 79 0 80 0 81 0 82 0 84 0 53 0 55 0 76 0 78 0 79 0 80 0 81 0 82 0 84 0 85 0 55 0 58 0 78 0 79 0 80 0 81 0 82 0 8 0 85 0 86 0 58 0 60 0 79 0 80 0 81 0 82 0 83 0 85 0 86 0 87 0 60 0 63 0 80 0 82 0 82 0 84 0 85 0 86 0 87 0 88 四川理工学院毕业设计 论文 13 查上表知 m 0 78 在极限拉深系数范围内 故此次拉深可以完成 3 冲压顺序 如果是成型模 当然是先成型 再切边 冲孔 为什么呢 因为成型后由于零件形状 和材料的各向异性 其边部一般是不规则的 所以为达到设计要求必须先成型 再切边 对于拉深模 可分为圆筒形和盒形件 圆筒形又可分为无凸缘和有凸缘形 有凸缘形再 可分为窄凸缘形和宽凸缘形件 对于圆筒形件 一般按材料厚度有两种拉深方法 对于 料比较薄的件 可采取逐渐降低直径和加大拉深高度的办法达到设计要求 对于料比较 厚的件则采取第一次就拉到设计高度 以后逐渐减小直径的办法完成 对于盒形件要注 意毛坯尺寸的计算以及零件圆筒部位的强度要求 另外对于拉深件首先要计算拉深系数 如果结果大于材料的拉深极限系数则可以一 次拉出 否则要多道拉深 对多道拉深要合理分配各道工序的拉深系数 要注意零件 上的孔和局部形状一般在拉深或成型后再加工 这样可以达到设计精度的要求 冲压顺 序的安排应该有利于发挥材料的塑性以减少工序数量 主要是根据工序的变形特点和质 量要求来安排 此工件的冲压顺序为再次拉深 冲孔 切边 2 4 32 4 3 工序的组合方式 工序的组合方式 一个冲压件往往要经过多道工序才能完成 因此 编制工艺方案时 必须考虑是采 用简单模一个一个工序完成还是将某些工序组合起来 用复合模或连续模生产 通常 模具的选用主要取决于冲压件的生产批量 尺寸大小和精度要求等因素 生产批量大 冲压工序应尽可能地组合在一起 采用复合模或连续模冲压 小批量生产时 通常选用 单工序简单模 但对于尺寸过小的冲压件 考虑到单工序模上料不方便和生产效率低 也通常选用复合模或连续模生产 若采用自动送料 一般用连续模冲压 为避免多次冲 压的定位误差 通常选用复合模生产 当用几个简单模制造费用比复合模还高 而生产 批量又不大时 也可考虑将工序组合起来 选用复合模生产 工序组合方式 可选用复合模或连续模 一般来说 连续模的生产效率高 操作比 较安全 简便 容易实现单机自动化生产 若装上自动送料装置 可适用小件的自动冲 压 复合模的冲压精度比连续模高 结构紧凑 模具轮廓尺寸比连续模小 对于此工件 先拟订以下三种工序组合方式 方案一 再次拉深 后冲孔 再切边 采用单工序模生产 方案二 再次拉深 冲孔 切边 采用复合模生产 第二章工艺性分析 14 方案三 再次拉深 冲孔 切边 级进冲压 采用级进模生产 分析 方案一模具结构简单 各需要一套模具 使得成本高而生产效率低 不宜采用 方案二工件的精度及生产效率都较高 制件精度高 由于是在冲床的一次行程内 完成数道冲压工序 因而不存在累积定位误差 使冲出的制件内外形相对位置及各件的 尺寸一致性非常好 制件平直 适宜冲制薄料和脆性或软质材料 生产效率高 模具结 构紧凑 面积较小 但复合模具 凸凹模璧厚不能太薄 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 尤其是在凸凹模冲裁 方案三生产效率高 便于实现机械化和自动化 适宜于大批量生产 操作安全方便 但是它的结构复杂 制造精度高 周期较长 成本高 结论 经过比较 联系生产实际和此零件的结构特点 采用方案二为佳 四川理工学院毕业设计 论文 15 第三章计算冲压力及确定压力中心 3 1 计算冲压力 冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力 冲裁力是选择压力机的主要依据 也是 设计模具所必须的数据 3 1 13 1 1 冲裁力的计算冲裁力的计算 冲裁力按文献 2 p50 公式 2 1 tklf 进行计算 式中 l 冲裁件周边长度 用 l 26 285 414 322 r mm t 材料厚度 t 1mm 材料抗剪强度 查文献 3 p38 表 2 3 查得 08 钢的抗剪强度 300 mpa k 系数 考虑到刃口钝化 间隙不均匀 材料力学性能与厚度波动等因素而增 加的安全系数 一般常取 k 1 3 所以 knklf021 11300126 283 1t 3 1 2 3 1 2 推件力的计算推件力的计算 由于影响推件力的因素主要有材料的力学性能 材料厚度 模具间隙 凸凹模表明 粗糙度 零件形状和尺寸以及润滑情况等 要准确计算这些力是很困难 实际生产 中常有经验公式文献 2 p52进行计算 所以 3 2 确定压力中心 模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置 为了确保压力机和模具正常 工作 应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合 对于带有模柄的冲压模 压力 中心应通过模柄的轴心线 否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷 使滑块和导轨之 间产生过大的磨损 模具导向零件加速磨损 降低模具和压力机的使用寿命 冲模的压力中心 可按下述原则来确定 f kf推推 nf kf 606021 11055 0 推推 第三章计算冲压力及确定压力中心 16 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 冲模的压力中心与零件的对称中心相重合 3 形状复杂的零件 多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心 解析法的计算依据是 各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力 矩 求出合力作用点的座标位置 o0 x0 y 即为所求模具的压力中心 此工件为对称形状的单个冲裁件 故冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心 3 3 3 3 拉深工艺力的计算拉深工艺力的计算 3 3 3 3 1 1 压边力的计算压边力的计算 施加压边力是为了防止毛坯在拉深变形过程中的起皱 压边力的大小对拉深工作 的影响很大 如图 3 3 1 所示 如果 fq 太大 会增加危险断面处的拉应力而导致破裂 或严重变簿 fq 太小时防皱效果不好 从理论上 压边力 fq 的大小最好按图 3 3 2 所 示规律变化 即拉深过程中 当毛坯外径减小至 rt 0 85r 时 是起皱最严重的时刻 这时压边力 fq 应最大 随之 fq 逐渐减小 但在实际上是很难做到 图 3 3 1 压边力对拉深工作的影响图 3 3 2 首次拉深压边力 q 的理论曲线 生产中 压边力 fq 都有一个调节范围 它的确定是建立在实践经验基础上 其大 小可按下式计算 即表 3 3 1 表 3 3 1 计算压边力的公式 四川理工学院毕业设计 论文 17 此制件的压边力nafq9 29352 2 4014 34514 3 q 22 式中 q 为单位压边力 mpa 见表 3 3 2 a 为压边面积 表 3 3 2 单位压边力 q mpa 生产中也可根据第一次的拉深力 f 计算压边力 fq 0 25f n 3 3 23 3 2 拉深力的计算 拉深力的计算 圆筒形零件拉深时拉深力理论上是由变形区的变形抗力 摩擦力和弯曲变形力等组 成 但它使用很不方便 生产中常用经验公式计算拉深力 圆筒形拉深件采用带压边圈 的拉深时可用下式计算拉深力 第一次拉深 第二次拉深 式中为材料的抗拉强度 为系数 再次拉深的系数782 0 101 79 d m 1 2 2 d 查 冲压工艺与模具设计 p158 表 4 20 修正系数 k 0 85 ndtkf b 867325114 3 85 0 3 切边力的计算 冲裁力按文献 2 p50 公式 2 1 tklf 进行计算 式中 l 冲裁件周边长度 用 l 06 2485 3914 322 r mm 第三章计算冲压力及确定压力中心 18 t 材料厚度 t 1mm 材料抗剪强度 查文献 3 p38 表 2 3 查得 08 钢的抗剪强度 300 mpa k 系数 考虑到刃口钝化 间隙不均匀 材料力学性能与厚度波动等因素而增 加的安全系数 一般常取 k 1 3 所以 knklf968 9730012 2513 1t 3 3 3 3 3 3 总冲压力总冲压力 因采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模 所以总压力为 knn f 1139 113397979688679 293560611021 总 3 3 43 3 4 压力机类型的选择压力机类型的选择 压力机类型的选择 主要是根据冲压工艺的性质 生产批量大小 制件的 几何形状 尺寸及精度要求 以及安全操作等因素来确定的 对于中 小型冲 压件 主要选用开式曲柄压力机 这种压力机虽然刚度差 降低了模具寿命和 制件质量 但是它成本低 且有三个方向都可操作 操作方便 容易安装机械 化装置 适宜于精度要求不太高的冲压件生产 对于大 中型冲压件生产 多 采用闭式曲柄压力机 这类压力机刚度好 精度高 但只能两个方向操作 不 如开式的方便 对于校平 整形 弯曲 成形和温 热挤压等工序 可选用摩 擦压力机 这类压力机结构简单 造价低 不易发生超负荷损坏 对于复杂的 大型拉深件的冲压工艺 最好选用双动拉深压力机 以保证压边的可靠性 对 于薄板料的冲裁工序 最好选用导向准确的精密压力机 在大批量生产中 应 选用高速压力机或多工位自动压力机 校正 校平 整形等冲压工序要求压力 机刚度大 可选用肘杆式精压机 这类压力机的刚度大 滑块行程小 在行程 末端停留时间长 在小批量 尤其是大型厚板件的成形工艺中 多选用液压机 此类设备压力大 没有固定的行程 不会因板材的厚度超差而过载 全行程中 压力恒定 这对于工作行程较大的冲压工艺具有明显的优点 但是液压机的速 度低 生产效率低 制件尺寸精度因受操作的影响不太稳定 液压机一般不适 于冲裁工艺 对于此工件 初选用开式曲柄压力机 j22 80 四川理工学院毕业设计 论文 19 第四章模具刃口尺寸计算 4 1 冲裁模刃口尺寸计算的基本原则 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理间隙值也要靠模具 刃口尺寸及制造精度来保证 正确确定模具刃口尺寸及其制造公差 是设计冲裁模主要 任务之一 从生产实践中可以发现 1 由于凸模 凹模之间存在间隙 使落下的料或冲出的孔都带有锥度 且落料 件的大端尺寸等于凹模尺寸 冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸 2 在测量与使用中 落料件是以大端尺寸为基准 冲孔孔径是以小端尺寸为基 准 3 冲裁时 凸模 凹模要与冲裁件或废料发生摩擦 凸模愈磨愈小 凹模愈磨 愈大 结果使间隙越来越大 由此在决定模具刃口尺寸及其制造公差时需考虑下述原则 1 落料件尺寸由凹模尺寸决定 冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定 故设计落料 模时 以凹模为基准 间隙取在凸模上 设计冲孔模时 以凸模为基准 间隙取在凹模 上 2 考虑到冲裁中凸模 凹模的磨损 设计落料模时 凹模基本尺寸应取尺寸 公差范围的较小尺寸 设计冲孔模时 凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较 大尺寸 这样 在凸模 凹模磨损到一定程度的情况下 仍能冲出合格制件 凸模 凹 模间隙则取最小合理间隙值 3 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 如果对刃口精度要求过 高 即制造公差过小 会使模具制造困难 增加成本 延长生产周期 如果对刃口精 度要求过低 即制造公差过大 则生产出来的制件可能不合格 会使模具的寿命降低 制件精度与模具制造精度的关系见表 2 2 1 若制件没有标注公差 则对于非圆形件按 国家标准 非配合尺寸的公差数值 it14 级处理 冲模则可按 it11 级制造 对于圆形 件 一般可按 it7 it6 级制造模具 冲压件的尺寸公差应按 入体 原则标注 落料 件上偏差为零 下偏差为负 冲孔件下偏差为零 上偏差为正 4 2 确定制件尺寸公差 由于制件没有标注尺寸公差确定为 it13 级 查文献 4 p104 表 9 1 尺寸公差表示 第四章模具刃口尺寸计算 20 如图 4 1 图 4 1 制件的制造公差 文献 2 p64 表 2 11 表 4 2 1 系数 x 文献 2 p63 表 2 10 表 4 2 2 制造公差 四川理工学院毕业设计 论文 21 4 3 计算冲孔凸凹模刃口尺寸 冲孔应以凸模为基准件 然后配做凹模 使用过程中凸模磨损后 刃口尺寸的变化 有增大 减小 不变三种情况 如图 4 1 加括号尺寸 a1 a2 是凸模磨损后变小尺寸 1 凸模尺寸 对尺寸 a1 由文献 2 p63 表 2 10 如表 4 2 2 查得制造公差020 0 020 0 dp 对尺寸 a2 由文献 2 p63 表 2 10 如表 4 2 2 查得制造公差025 0 020 0 dp 对尺寸 b1 由文献 2 p63 表 2 10 如表 4 2 2 查得制造公差020 0 020 0 dp 对尺寸 b2 由文献 2 p63 表 2 10 如表 4 2 2 查得制造公差020 0 020 0 dp 由文献 2 p58 表 2 5 查得 mmmm zz 140 0 100 0 maxmin 由上面查得数据满足如下条件 由文献 2 p64 表 2 11 如图 5 2 查得 磨损后凸模尺寸变小 a 类 由文献 2 p65 公式 2 16得 磨损后凸模尺寸变大 b 类 由文献 2 p65 公式 2 17得 2 凹模尺寸 由文献 2 p63 公式 2 9计算凹模尺寸如下 75 0 75 0 5 0 5 0 4321 xxxx xa a p p 0 mmmm ap11 9 22