冲孔夜弯曲片的设计方案.doc

冲孔夜弯曲片的设计方案1. 绪论1.1目的毕业设计的主要目的有两个：一是让学生学会如何查阅相关的资料手册，能够熟练的运用UG、CAXA进行图纸设计，拥有完整的设计理念，能独立完成一套模具的设计；二是让我们能够了解各种冲压所用材料（如08F）特性以及各种冲压设备等，对日常生产中常出现的一些问题具有一定的处理能力。1.2意义本次毕业设计的题目是弯曲片冲孔、落料级进模设计，此次设计的主要内容是对给定弯曲片零件进行工艺性分析，制定出可行的方案，经过分析与讨论确定适合于大批量生产的工艺方案及中批量生产的工艺方案。进行详细的工艺计算，选择冲压设备，编制工艺规程。最后设计出大、中批生产所用的级进模具。1.3冲压模具的相关研究动态.我国模具的发展现状： 建国以来我国模具工业经历了从无到有到飞跃的跨度，在几代人的努力下，我国模具业的发展日新月异，模具的应用程度也得到极大推广。模具发展逐步转向大型、精密、复杂、高效和长寿命模具的发展。 同时，模具行业的组成也有了很大的改变，由传统的小作坊、私营的经营模式逐步转化为大、中型合营、集团企业。模具的生产流程也由传统的手工、非智能化转变为全自动化、智能化，统一协调管理。模具行业的发展越发正规化科技化。 (1) 大型冲压模具的发展以汽车覆盖件模具为例，汽车覆盖是一种大型冲压件对整个模具的设计有较高的要求。目前我国已有很多企业已能够独立完成汽车覆盖间的设计和制造。 (2) 多工位级进模具的发展是模具行业发展的最终目标，是实现全自动化、智能化的途径。同时，多工位级进模具的发展程度也是一个国家工业水品的体现。目前我国多工位级进模具的发展已由传统的汽车零件、电机零件模具发展到电子等高科技用品上。模具的寿命、质量也都有了较大的提高。 (3) 模具CAD/CAE、UG技术相当广泛地得到应用。各种制图软件的应用使得模具的设计和发展更加简单和快速，适应了模具的发展要求，模具的制造精度也日益提高。很多企业也设立了技术研究开发部门，着力研究并解决模具设计、制造过程中的问题并取得了显著地效果，模具质量、生产周期都有了很大的提高，并在模具的设计中得到推广。 (4)特种加工和数控加工也得到了很大的发展。尤其在数控加工方面，数控加工是实现自动化生产的一种有效途径。数控机床的品种也不断增多，在模具的发展过程中发挥了巨大作用。 (5) 制模技术的快速化、经济化得到了持续发展。尤其这一领域的高新技术的发展和应用，使模具行业的前景更加可观。如今的3D打印技术的发展，更让模具行业的发展越发先进化。 (6) 模具的发展程度与其发展应用的广度息息相关。模具标准件的发展和应用已趋于常态化，种类趋于多样化，进一步加快了模具行业的发展。 我国已是世界上的制造大国，模具产量已达到很大规模，产品质量也有很大提高。但与欧美先进国家相比还落后很多，我们还有很大的发展空间。随着商业国际化、一体化的进展，模具行业的竞争也越发激烈，企业也意识到产品的质量、经济价值、新产品的快发应用已成为核心竞争力。模具行业作为整个工业界的桥梁，承载着工业界的进一步发展。我国模具发展起步较晚，还需要很多的改进和学习的地方，尤其在大型、精密、长寿命模具方面的发展。.未来冲压模具技术的发展趋势。模具未来的发展更趋向于高效、节能、性价比高。（1）模具产品发展将大型化、精密化。（2）在多工位级进模基础上开发出多功能复合模具，多功能复合模具可方便快捷的完成冲压要求以适应未来模具的快速发展，且多功能复合模具生产的产品精度更高生产周期更短，适合大、中批生产。多功能复合模与数控技术结合可达到自动完成多种工序的转换任务。通过这种多功能模具可直接生产成批的组件，使模具制造更趋向于高效、快捷化生产。 （3）热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。 （4）发展快速经济模已成未来趋势。为适应多品种、少批量生产方式。一方面是模具产品的使用周期越发变短，且产种更新也越发变快；另一方面模具产品的更新和创新设计频繁，对缩短生产周期的要求越发强烈。因此，对快速经济模具的开发已迫在眉睫。随着模具行业的发展，对经济价值的追求，模架、冲头等的快换技术也将日益发展。另外，随着计算机智能化的应用，快速换模装置、快速试模技术也得到推广发展，以实现经济效率最大化。 （5）大力制定和推广应用模具标准件。 模具标准间的品种多样化和应用的广泛化，大力的推动了模具业的发展，缩短了模具生产周期，且提高了模具生产的精度和质量，一定程度上降低了生产成本。 （6）模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术。 （7）在模具设计制造中将全面推广CAD/CAE、UG技术。 （8）高速铣削加工将得到更广泛的应用。 （9）模具的生产全过程将向自动化、智能化方向发展。 （10）模具自动加工系统的研制和发展。1.4 设计方法及步骤1、查阅有关模具设计、制造资料实例方面的文献，同时了解模具行业发展的最新姿态。2、根据所给零件图样，进行必要的工艺计算，确定初步的设计方案。3、进入工厂进行实习和调研，熟悉各种冲压模具的结构，模具的设计、制造和装配流程。4、模具设计，确定模架的结构形式，结合本零件绘制模具装配图和指定模具的零件图。2 . 零件冲压生产经济性分析和冲压工艺分析2.1 冲压生产经济性分析模具的生产批量决定了模具生产的经济效益。冲压产品的成本构成：C=C材+C1+C模。C材-材料费，C1 -加工费，C模 -模具费。常用以下方式提高模具生产的经济效益：1 提高材料利用率 材料费占冲压件成本的主要部分，零件的合理设计、毛坯的选用，排样的设计和废料的再次利用都能提高材料的利用率；2 减少工序数 减少零件的工序数在目前很多国家都是可行的。减少工序数即能提高零件的加工精度同时降低模具生产成本提高材料利用率。我国也在大力推行。零件工序数减少，制件过程中出现差错的地方就会减少，开动率也相应的提高，经济价值大幅度提高；3 推行“按件选模” 不同冲压件的冲压条件各有不同。因此，对于不同的零件其设计要求也不尽相同。对于大批量生产的零件，一般采用多工位级进模、多功能复合模具，以适应其生产要求；而对于小批量生产的零件，一般采用廉价的复合模具，如材料可回收再利用的简易模具、组装模具等，是经济效益达到最大化，适应模具的量化生产。4 提高生产率 生产率是保证效率的重要途径。其主要表现在：(a) 冲压技术转向自动化；(b)多工位压力机的大力应用；(c)数控拉伸垫代替双动拉伸压力机。总之，模具的发展正逐步转向数字化、自动化。模具生产率的大幅度提高，使得模具的生产成本降低，加快了模具业的进一步发展。2.2 接触片零件冲压工艺分析图1 零件图2.2.1零件工艺分析图1 所示弯曲片在各类产品中广泛使用。材质为08F,料厚为1.5mm，未标注尺寸公差按0. 1mm。该工件工序较多，经过认真研究，在冲裁时需注意以下情况： 冲孔凸模直径小且相互间搭边小，安装需注意；翻遍尺寸1mm，弯曲尺寸60.05难保证。该工件为大批量生产，质量要求高，通常采用复合模和多工位级进模进行生产。显然，此件若采用复合模则生产效率较低不能达到其生产要求而采用级进模则能很好地完成量化生产。因此采用冲压多工位级进模。2.2.2确定冲压基本工序通过对零件的简单分析确定其基本工序：冲孔，翻遍，弯曲，落料，整型五个基本工序。现拟定出以下方案：方案：采用 冲孔弯曲翻遍落料 多工位级进模，整型单工序模。2.2.3排样方案的确定 根据冲裁工艺和材料经济利用程度，排样方法可分为三种：1） 有废料排样 有废料排样是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间均有工艺废料，冲裁沿制件的全部外形轮廓进行。2） 少废料排样 少废料排样是指沿部件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在制件之间留有搭边，材料利用率达70%90%。3） 无废料排样 无废料排样是指无工艺搭边的排样，制件直接由切断条料获得。材料利用率较高。具体方案： 根据弯曲片零件图分析可知，零件形状复杂，现拟采用有废料排样。由于该件充孔较多，由此会产生较多的结构废料，一般不能改变。要提高材料的利用率，只有设计出合理的排样方案，降低冲裁工艺废料。本设计的弯曲片零件为长小工件，排样的设计应沿着条料的进给方向，符合级进模连续工作要求。同时此件为大批量生产，结合模具的生产率、模具使用寿命等，模具的设计应经济适用、安全可靠，拟提出如下排样方案： 方案：图2 排样图 2.2.4 材料利用率排样设计的合理性决定了材料的利用效率。材料利用率： 实际材料面积：消耗材料面积与冲压件的有效面积之差即为废料。废料分为工艺废料和结构废料两部分。结构废料是由零件结构形状的特点所决定的，如零件上的孔以及外缘部分的切口等，结构废料通常是无法避免的。工艺废料是工件与工件之间、工件与条料侧边之间的搭边，以及在冲裁完成时出现的余料。合理的排样设计可以降低工艺废料的产生，提高材料利用率。一张条料上总的材料利用率：式中: A-冲裁件面积（）； -一卷卷料上所冲工件总数量；-卷料长宽（）。材料利用率。例如=60%，那么将有40%的材料变成冲压废料。经计算，本设计零件接触片的面积为 A1619。条料宽度计算：B=220mm。D-冲件尺寸； 条料长度：L=3000。所以：=43.2%2.2.5排样方法排样方法的选择原则冲裁小工件及应用窄条料排样时，应沿条料顺长度方向进行排样。冲裁件在卷料上的排样，应考虑模具生产效率、模具的经济实用性、模具的结构是否安全可靠等。卷料在宽度选择上应优先选用卷料宽度较大的，而在板料上的排样应选择步距较小的方案，使板料裁切更加经济，同事可降低冲压时间。在符合工作要求的情况下，在设计时可以适当的修正产品零件的结构形状和尺寸，使排样设计更合理，以减少或消除结构废料的形成。3 冲孔落料级进模零件的设计与计算3.1冲压力的计算冲裁力 冲裁模设计时，为了合理地设计模具、选用设施和检验模具的强度，必需计算冲裁力。冲裁力是在冲裁过程中，模具工作部分对材料施加的压力。冲裁力在冲裁过程中是不断变化的，一般是指冲裁力的最大值。冲压设备的选择和冲模强度的检验都要依据总冲裁力的大小，冲裁力的大小与材料性质、厚度和冲裁周边长度有关。因采用平刃口冲裁，其理论冲裁力（N）按下式计算： F = KtL 式中 ： L冲裁周边的总长，单位为mm； t材料的厚度，单位为mm； 材料的抗切强度，单位为MPa；K安全系数，一般取K=1.3； F冲裁力，单位为N； 图3-1 冲孔 图3-2 成型图由于图3-1冲孔凸模和图3-2的落料凸模不同时进行，所以，在两者中选择冲裁力最大的作为冲裁力的最终确定值。同时，图3-2的左右两个十字型的凸模和余下的凸也不是同时进进行工作，所以(1)对图3-1的凸模进行冲裁力计算：由计算得知L=220mm，查表得=260Mpa，K一般取1.3则F = KLtb即F=1.32202260=148720N卸料力： 查表得 取所以冲孔模的总冲裁力为:=F+=148720+3974.88=152694.88N(2)对图2-2的凸模进行冲裁力计算：由计算得mm，查表得=260Mpa，K一般取1.3则即 卸料力： 查表得 取所以落料模的总冲裁力为：N=202.47KN所以总的冲裁力为：N=202.47KN4压力中心的计算冲压过程中所有冲压力的合力的中心即为模具压力中心。安装时必须使模具的压力中心与压力机的中心对中，以保证冲裁过程的稳定进行。本模具采用上下模座固定（无模柄），须保证对中，以避免在工作过程中产生偏心载荷，而引起凸、凹模刃口间隙变动及压力机导向零件加速磨损，同时影响压力机精度和使用寿命。图4-1 零件图公式： x= y=式中各冲裁力F，可分别用各冲裁周边长度L代替。如下：由计算得：；。压力中心坐标：5 模具主要零件尺寸计算5.1) 凹模的结构设计1）凹模板的尺寸其形式随冲裁件的形式而变化，且冲裁过程中受力复杂，很难通过理论计算获得。根据冲件的外形尺寸和厚度可简单确定凹模板的外形尺寸。凹模的壁厚指从凹模刃口到凹模外侧的直线距离。凹模板的外形尺寸一般都根据凹模的壁厚而选择。在实际生产中，凹模的外形尺寸常根据冲裁件的外形尺寸和厚度，再结合经验公式粗略的计算而得出。凹模厚度 凹模壁厚 2 h 式中b-冲裁件最大外形尺寸，单位为mm; k-系数，其值查表5。K的选择与冲裁件的复杂程度也有关-简单则取小值，复杂取大值。表5 系数k的数值 板料厚度t/mmb/mm0.512332000.100.120.150.180.22本设计弯曲片零件k取值k=0.20。凹模厚度：mm(冲裁件最大外形尺寸是155mm),考虑到其它因素，现在把厚度增加一些，取H=40mm。凹模壁厚：mm根据工件尺寸即可估算凹模的外形尺寸；长度宽度为435mm345mm。2） 凹模刃口形式分为直刃口和斜刃口两类A. 直刃口：强度好，方便制造，刃磨后刃口尺寸不变；但冲落件会在每次冲压后留在凹模的直壁区间内，使推件力加大且凹模壁磨损严重。一般取直壁高度h=48mm，以减少直壁区间内的冲落件降低磨损。直壁刃口常用于高精度模具和形状复杂的冲压件。B. 斜刃口：冲压后无冲落件存留，便于取件。但刃口易损坏，且刃口尺寸在每次刃磨后会变大。一般用于形状简单、精度要求低的冲压件。 根据弯曲片零件的精度要求，选用直壁型刃口 。圆柱形型孔的直壁高度h应与凹模的使用寿命要求相适应，参考表6选取。表6 凹模型孔主要参数板料厚度主要参数备注h6.0本设计取凹模直壁高度h=7mm。3） 凹模尺寸设计 由于工件的外形复杂，故本模具的凸模和凹模刃口尺寸是按照配制加工计算刃口尺寸，即凸、凹模先制好一个并以其为基准件制另一个。冲裁单面间隙指的是合模时凸模和凹模刃口之间的最短距离，c表示，是冲裁过程中的重要工艺参数，对冲裁件的质量，冲裁力，推件力，卸料力以及模具的寿命有很大的影响。间隙还是影响断面质量的主要因素，间隙过大、过小或不均匀时对冲裁件的质量都有很大的影响。过大时出现不重合的二条裂纹，断面质量较差，毛刺较大；过小时冲件出现二次剪切，质量较好但产生中部夹层。当凸、凹模刃口间隙适中且均匀时，凸、凹模刃口剪切工件而产生的上下两条裂纹将互相重合，工件断面质量好，剪切面平整、光亮、毛刺也不大。间隙不适还会影响工件的制造精度。凸模、凹模间的刃口间隙值是否适中且均匀将直接决定工件的断面质量的优劣。间隙过大或过小而得到的剪切面质量都不会理想，只有选取合理间隙，且保证间隙均匀，才能得到较理想的冲裁件。保证凸、凹模刃口间隙在整个工作过程中始终均匀稳定是冲裁工艺的关键因素。材料的性质、厚度、工件外形是影响间隙的主要因素。影响冲裁模凸、凹模刃口间隙的因素很多，分别从不同的方面的要求而得出的合理刃口间隙值也不尽相同，且在不同的制造工艺中对其冲裁件的要求也不尽相同。因模具在制造中易产生偏差及在使用过程中的出现磨损，所以在实际生产中间隙值所表示的是一个适当的取值范围，凸、凹模刃口间隙只要控制在此范围内即能保证正常工作。合理间隙有最小间隙值Zmin和最理间隙值Zmax之分。一般设计时选用最小间隙值作为合理间隙值Zmin以适应模具在工作过程中凸、凹模刃口间隙因磨损而增大。按凸模、凹模分别制作，其双面间隙需满足|+|2c2c。冲裁间隙Z的确定查下表7表7 机电行业用冲裁模初始双面间隙材料厚度/mm08F、10、15、H62、T1、T2、T32.00.130.18由于凸、凹模刃口在工作过程中有磨损，凸模刃口尺寸有磨损时则冲得的孔的尺寸会减小且落料件产生毛刺，凹模刃口尺寸磨损时则冲得的落料件尺寸会增大且冲孔件产生毛刺。通常在设计落料模时，在公差允许范围内凹模刃口尺寸常选用较小尺寸；设计冲孔模时，在公差允许范围内凸模刃口尺寸常选用较大尺寸，以保证制造件的尺寸精度，同时尽量的提高模具的使用寿命。这样即使凸、凹模刃口有一定的磨损仍能保证模具能正常工作。不论是设计冲孔模还是落料模，都选取最小间隙值Zmin作为凸、凹模刃口的间隙值。4）凹模外形尺寸的确定常见的凹模外形有圆形和长方形两种，其中圆形凹模已标准化。 凹模常用材料T8A、T10A、T8、T10等，淬火硬度达到HRC58-62。根据工件的外形形状确定长方形凹模外形。5) 凸模固定板厚度，取整数为30mm。6) 计算凸凹模工作部分尺寸：冲孔凸模工作件孔尺寸：宽10mm，长20mm。由表查得：尺寸为10mm时 尺寸为20mm时 。查表得X=0.5。根据 。又查表得到=0.52mm。则 d=（10+0.50.5）=10.25mm d=（20+0.50.5）=20.25mm冲孔凸模工作工件尺寸：宽10mm，长30mm。根据查表得：尺寸为10mm时，； 尺寸为30mm时，； 查表得，X=0.5。根据查表知，尺寸10mm、30mm的公差分别为=0.46、=0.81。根据公式得：d=（10+0.50.5）=10.25mmd=(30+0.50.5)=30.25mm凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸研配，保证双边间隙值0.0640.88mm。冲孔凸模III此凸、凹模按分别制作方法计算制造：工件尺寸：40.05mm、6、孔距尺寸120.05。公式：d=（d+x） d=（d+2C）校核：|+|2C2C孔距尺寸公式：L=（L+0.5）0.125将各尺寸带入以上公式进行计算以确定凸、凹模尺寸。 6 选择冲压设备在实际生产中，冲裁时凸模进入凹模的深度一般均小于冲裁材料的厚度，凸模在冲压工作时的有效行程远小于压力机的行程长度，因而在选用冲压设备时，保证设备吨位大于模具总冲裁力且月产量大于9件，即 及每分钟行程次数：100000268608（次），（每天工作8小时，每月工作26天）。 考虑到实际情况，故选择公称压力为1600kN的J23-25开式液动压力机。其主要参数为： 表8公称压力： 1600kN滑块行程： 160mm最大闭合高度：450mm闭合高度调节量：130mm工作台尺寸：前后：710mm 左右：1120mm工作台孔尺寸：前后：300mm 左右：530mm垫板尺寸：厚度：130mm 直径：无模柄孔尺寸：直径：70mm 深度：80mm标准行程次数（不小于） (min-1)40立柱间距离（不小于）: 5307 冲模的闭合高度为了保证模具的正常工作，必须控制好模具的闭幕高度，选用与其相适应的冲压机。模具在处于工作状态（即冲压状态）时，模具整体的铅直高度即为模具的闭合高度。模具的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应，才能保证模具的正常工作。其关系式如下：Hmax5Hmin10 H：模具闭合高度，Hmax：压力机最大装模高度，Hmin：压力机最小装模高度。 而本设计的H=300mm，又；则： 320-5=315mm275+10=285mm为了避免连接螺纹因连杆调节过长而损坏，在通常情况下，H一般都选取其上限值，最好为 HHminM/3，如果压力机最大闭合高度小于模具的闭合高度，则模具无法安装。如果压力机最小闭合高度大于模具的闭合高度，则可在模具的安装位子的下模座下加垫板。在实际生产中可视情况而调节。其示意图如图7-1所示：图7-1冲模闭合高度计算8 固定与联接零件 模具的正常工作还需要正确的固定和联接，即模具的凸、凹模与模具上、下模座的固定，模座与压力机的固定，模板的固定等。这些都需要相适应的固定与联接零件的使用。一般常用到的固定零件有模柄、上模座、下模座、凸模固定板、凹模固定板以及垫板、螺钉和销钉等。9 冲裁件整形 整形工艺一般为整个冲裁工艺的最后一道工序。主要是为了修复在冲裁、拉深、弯曲、翻遍等冲压工艺中留下的毛刺、圆角、平面度等问题。以达到工件的制造要求。 整形工序的主要特点是：在局部的地方成形，变形量小起到修整的作用，经过整形或校平后，工件的误差会减小，因而模具的精度要求也更高；当压力机工作达到最低点时，要求对工件要施加校正力，完成校正工序，所用压力机需要有一定的刚性，有整形工序使用的压力机必须采用保护措施，以防设备损坏。针对本次设计中冲裁件的精度要求，只需校平就可以达到所需要的精度要求，其具体的校平工艺过程如下：校平有光面模和齿型模两种，根据对板料的厚度和对表面的不同要求而选择。光面校平模常用于校平较薄的工件及表面质量要求较高（无压痕）的板件，校平模一般做成浮动式，以避免校平受压力机滑块导向误差的影响。 由于光面校平模校平时回弹较大，故常用于校平低强度材料制成的工件，校平效果较好。校平力可按下式计算：F=Aq式中 F为校平力，单位为N；A为校平投影面积，单位为mm；q为单位校平力，单位为MP；q值可查下表10表10 校平单位压力 （MPa）方法q值光面校平模校平5080由前面计算可知，弯曲片校平投影面积A=1619mm所以F=161974=119806N=119.8KN，小于之前所假设的总冲裁力，可行。由于这套模具采用弹性卸料方式，在冲压过程中，工件变形相对比较小，校平压力要求不是很高，能达到校平效果。10 模具安装与调试10.1上、下模座的安装10.1.1 上模的安装形式与联接上模的安装形式与联接方法按模具的尺寸大小可分如下三种：（1）利用模具的模柄：此类模具比较小，常按装于开式压力机，通过模柄与压力机固定。由于模具整个上模部分与模柄固定连接，压力机滑块的往复运动带动模柄使模具的上模部分完成冲压过程。（2）利用模具的上模座：此类模具较大，常安装于闭式压力机和大的开式压力机。将上模座固定在压力机滑块底部的T型槽上，使模具的上模部分与压力机的滑块固联在一块，模具随压力机滑块的往复运动而完成冲压过程。（3）用模柄又利用上模座：可靠和方便对中。本设计采用的是第2种方案。10.1.2 下模的安装形式与联接压力机工作台垫板平面上有T型槽，下模板一般直接固定在压力机的工作台垫板平面上，利用固定零件将模具压紧在工作台上，一般上模安装之后再安装下模。10.2 调整和试模10.2.1 调整模具闭合高度模具闭合高度的调整值随模具工作性质的异同而大相近庭。对于冲裁模具，工作状态下凸模一般深入到凹模内2/3个料厚即可。对于压弯、拉深模凸模进入凹模的深度与弯曲件的视工件的形状而定，凸模进入凹模，直到将工件压成形为止。10.2.2 调整模具间隙一般根据被冲材料的性质、厚度和对制件的质量要求来确定凸、凹模刃口间隙，模具在装配时需对冲裁间隙进行调整，使凸、凹模刃口之间的间隙均匀、适中。模具刃口间隙的调整根据模具结构、形状、装配方式等的不同而各异。常用调整方法有：透光法，切纸法，垫片法，镀铜法，油漆法，测量法。10.2.3 试模模具装配完后，为确保模具的稳定工作，需要在正常生产条件下进行试模，即要按