毕业设计（论文）-某直升机内部托架冲压成形工艺分析及模具设计.doc

南昌航空大学学士学位论文 毕业设计（论文）题 目：某直升机内部托架冲压成形工艺分析及模具设计全套图纸加扣3012250582 学 院： 航空制造工程学院 专业名称： 机械设计制造及其自动化 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二O一五 年 六 月 1 引言1 1.1 选题的依据及意义1 1.2 课题的来源、目的及意义12 冲压成型分析2 2.1工件工艺分析2 2.2 冲裁、弯曲、翻边工艺分析2 2.3 冲压工艺方案的确定3 2.4 排样设计与计算33 模具设计5 3.1冲裁模具设计5 3.1.1 模具结构5 3.1.2 模具工作部分尺寸计算5 3.1.3冲压力及压力中心计算10 3.1.4标准件的选用10 3.1.5非标准件12 3.1.6 零件装配16 3.2弯曲-翻边模具结构设计17 3.2.1模具结构17 3.2.2模具工作部分尺寸计算18 3.2.3压力与压力中心的计算21 3.2.4标准件的选用22 3.2.5非标准件24 3.2.6零件装配284 结论29参考文献30致 谢31附录321 引言1.1 选题的依据及意义 冲压加工在现代工业生产中，尤其是大批量生产中应用十分广泛。过去很多使用传统的工艺方法进行加工的工件，比如铸造、锻造和切削等加工方法制造的零件，现在大部分也被刚度好、质量轻的冲压零件所代替。所以本次毕业设计的“某直升机内部托架冲压成形工艺分析及模具设计”选题具有较强的实际应用和研究价值。冲压顾名思义是通过压力让模具使材料进行塑性变型从而得到所需求零件的一种加工方法，压力的来源于压力机。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，而且大部分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。冲压模具是将材料批量加工成所需冲压件的专用工具。冲压模具在冲压这一加工方法的核心，没有符合要求的冲压模具，想要批量冲压生产就很难进行；没有先进的冲压模具，先进的冲压工艺也就无法实现。 模具是工业生产的基础，用模具生产出来的工件价值远远大于模具的价值，所以模具在工业生产中有着重要的地位。模具设计是一项综合性的技术，它的涉及范围包括工艺、材料和设备，是由机电一体化、计算机、机加工、热处理、锻造以及铸造等诸多工艺方法共同打造出来的一种系统工程。 用模具生产制品具有低消耗、高效率、高一致性、高复杂程度和高精度等特点，这是其他任何加工制造方法所不及的。模具很大程度上决定产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具制造的质量将直接影响产品性能水平的高低，在大批量生产背景下，模具设计有着重大的意义。1.2 课题的来源、目的及意义 毕业设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅查资料手册的能力，能够熟练的运用相关软件进行模具设计。二是掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程。随着科学技术的发展需要，模具设计成为了最重要的机械工程专业教学中的一个，是一个实践性很强的学科，我们综合运用所学知识，通过专业的综合运用知识，让学生从设计到制造过程中都基本上一个理解为今后的工作和进一步研究的研究打下了坚实的基础。2 冲压成型分析2.1工件工艺分析 某直升机尾梁内部托架，制件材料为2024-T3铝，厚度为1mm，除孔要求精度为IT10，其余精度为IT12，小批量生产。2.2 冲裁、弯曲、翻边工艺分析（1) 冲裁工艺分析 通过冲孔-落料这一工序得到的零件图如图2.1：图2.1零件展开图 零件结构：通过零件图可以得知此冲裁件结构简单并且整体对称，故比较适合冲裁。 尺寸精度：除孔要求精度为IT10，其余精度为IT12。根据零件尺寸来看，尺寸精度能够在冲裁加工保证。 材料：该零件材料为2024T-3铝，抗剪强度为283MPa，适合冲裁。（2） 弯曲工艺分析弯曲-翻边后的零件图如下图：图2.2 零件图 由托架件的图纸可以看出此件的形状整体对称，在进行弯曲时胚料不会因为搜里不均匀而产生偏移，并且弯曲尺寸比较合适所以适合弯曲和翻边。2.3 冲压工艺方案的确定 根据工件的工艺性分析，其基本工序有落料、冲孔、弯曲和翻边四种。所以有以下两种方案： 落料-冲孔-弯曲-翻边单工序模； 先落料-冲孔复合冲压，再弯曲最后翻边； 先落料-冲孔复合冲压，再弯曲-翻边复合冲压； 方案为单工序冲压，模具结构简单。但需要四道工序四套模具（落料模、冲孔模、弯曲模和翻边模）。生产效率低，工件精度低。方案需要三套模具（落料-冲孔复合模、弯曲模和翻边模）。与方案类似生产效率低，工件精度低。方案需要两套模具（落料-冲孔复合模、弯曲-翻边复合模），通过两次冲压完成四种工序。生产效率和精度比方案、高，由于弯曲边上需要冲孔，所以先落料-冲孔，再弯曲-翻边。所以选用方案。2.4 排样设计与计算（1）排样方法的确定 采用单列直排的方法派样， 查冲压工艺与模具设计表2.10，两工件之间按矩形取搭边值b=6.3mm，侧边取a=2mm,如图2.3： 进料步距:mm （2.1） 条料宽度:mm （2.2）图2.3 排样图（2）材料利用率的计算 通过计算可知工件的面积：利用率为： （2.3）3 模具设计3.1冲裁模具设计3.1.1 模具结构（1）安装方法 这里采用倒装式复合模，冲孔留下的废料可以通过凸凹模从下面的通孔排除。工件由上方的凹模带走后，由推件装置推出。条料由下模的卸料装置推出。这样操作安全且方便，能保证较高的生产率。而正装式复合模万一排废不及时就容易使模具刃口崩裂。所以本零件采用倒装复合模。（2）定位装置 为了使条料送料时的位置能够准确,并且保证冲出合格的制件,同时考虑到零件小批量生产,且要求模具结构尽量简单,所以条料顶部采用定位销定位，两侧采用定位板定位。（3）推件装置 在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上方落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置在推出工件时比较稳定。但在冲裁时，弹性推荐装置对工件的压平作用比刚性推荐装置更好，故使用刚性工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。故采用弹性装置。（4）卸料装置 在进行复合模冲裁时，落料剩下的条料会卡在凸凹模外部边缘，所以需要在下方的模具安装一个卸料装置。设置的弹性卸料装置一般有两种形式：一种是将弹性零件装设在下模板下；还有一种是把弹性零件安装在卸料板与凸凹模固定板之间。采用后种形式，用弹簧作为弹性零件。（5）导向装置 采用中间二导柱式模架。3.1.2 模具工作部分尺寸计算因为内孔需要翻边高度为h=5.5mm，翻边后的孔直径D=55mm，所以预冲孔直径： （3.1）式中：D翻边后孔直径； d翻边前预冲孔直径； h翻边后零件高度； r圆角半径中径（）； t材料厚度；所以 （3.2）图2.4 凸模与凹模工作部分尺寸的确定(1)刃口尺寸计算 冲5mm孔 采用凸模和凹模分开加工的方法制作凸、凹模。其凸、凹模刃口计算如下：查冲压工艺与模具设计表2.7得凸、凹模制造公差： ，查表2.4得到间隙， 校核： 而 满足 查表2.6得磨损系数X=0.75，则： （3.3） （3.4） 式中：，分别为冲孔凸模和凹模的基本尺寸； 冲裁件的公差； 磨损系数； 冲47.5mm孔 查表2.7得凸、凹模制造公差：，； 校核： 而 满足 查表2.6得磨损系数X=0.75，则： （3.5） （3.6） 式中： ，分别为冲孔凸模和凹模的基本尺寸； 冲裁件的公差； 磨损系数； 外形落料尺寸计算对于外轮廓的落料，由于形状复杂，所以采用配合加工。当以凹模为基准时，凹模磨损后，刃口尺寸都会变大，所以均属于第一类尺寸。计算公式为： 基本尺寸=（冲裁件上该尺寸最大值-X） (3.7) 查表2.6得磨损系数X=0.75，则： (3.8) (3.9) (3.10) (3.11) 落料凸模与凹模保持最小间隙0.1mm，即尺寸都比凹模小0.1mm。（2）模具外形尺寸设计 落料凹模 凹模外形尺寸主要包括凹模高度H，凹模壁厚C，凹模长度L和宽度B。凹模高度尺寸：查冷冲压模具设计与制造表2.20得系数k=0.15，所以:mm (3.12)b为垂直送料方向凹模孔壁间最大距离;k为系数：固定板高度h=15mm，所以总高度为30.9mm，设计时取31mm。 凹模壁厚：C=（1.5-2）H，所以可以取C=24mm。 凹模底座长和宽分别为200mm和180mm。与固定板采用H7/m6配合，图样如图3.1：图3.1 落料凹模 冲孔凸模凸模工作部分的长度应根据模具的结构来确定。一般不宜过长，否则往往因纵向弯曲而使凸模工作时失稳。致使模具间隙出现不均匀，从而使冲件的质量及精度有所下降，严重时甚至会使凸模折断。根据模具设计结构形式，凸模的高度为： （3.13）为落料凹模厚度，为落料凹模固定板厚度 所以mm，设计时取40mm。与落料凹模中间圆孔采用H7/m6配合，图样如图3.3，图3.4： 图3.2 冲47.5mm孔凸模 图3.3 冲5mm孔凸模 凸凹模 模具固定板厚度=18mm,刃口高度=7mm，卸料板厚度=7mm。因为卸料板装配时比模具高出1mm，所以模具厚度为：。 (3.14)与固定板采用H7/m6配合，图样如图2.8：图3.4 落料凹模3.1.3冲压力及压力中心计算查表得材料2024-T3铝的抗剪强度；落料尺寸；冲孔尺寸。（1）落料力 （3.15）（2）冲孔力 （3.16） 总冲裁力 （3.17）（3）卸料力 (查表得) （3.18）（4） 顶件力 （查表得) （3.19）冲床的总压力 （3.20）（5） 确定模具压力中心 模具工作部分形状类似为等边三角形，所以压力中心在三角形的中心，即圆孔的圆心处。3.1.4标准件的选用（1） 冲压设备 根据总的冲裁力必须小于或等于压力机的公称压力，故初选选压力机型号为J23-25，模具闭合高度： （3.21） 因为5=195-5=200mm204mm,所以不行。改选J23-35，其技术规格如下: 公称压力 350KN 滑块行程 80mm 滑块行程次数50 最大的封闭高度 280mm 封闭高度调节量60mm 最大装模高度 220mm（2） 模架 经过比较后选用中间导柱模架，选这种模架原因是因为模架的导柱中间位置，进行冲压时可以有效的防止模具因为受力不均匀而歪斜。以凹模周界尺寸为依据，查冷冲压模具设计与制造表8.31选择模架规格： 上模座：25025045 GB2855.981 下模座：25025055 GB2855.1081 查表8.33选择导柱规格：A35h5200，A40h5200 GB2861.181 查表8.35选择导套规格：A35H610543，A40H611538 GB2861.681（3） 模柄 选用压人式模柄，查表8.37选A50115 GB286281图样如图3.5: 图3.5 模柄（4）销钉销的作用是防止模柄转动，与模柄采用H7/m6配合。查表8.61得销规格为：820 GB11985。（5） 螺钉根据模具结构尺寸，查表8.59，选用M1058 GB7085。（6） 弹簧 卸料板选用4根弹簧。因为卸料力为6.7KN，所以每根弹簧受力1.675KN。查表8.57选用43548 GB208980。推件板选用3根弹簧，因为顶件力为2.2KN，所以每根弹簧受力0.73KN，所以选用3.51823 GB208980。（7） 卸料螺钉 根据模具结构尺寸，查表8.58选用863 GB2867.681。（8） 定位销根据模具结构尺寸，查表8.48选用No15.55。3.1.5非标准件（1）上垫板 图3.6上垫板（2）落料凹模固定板图3.7落料凹模固定板（3）冲孔固定板图3.8冲孔固定板（4）推件板图3.9顶件板（5）卸料版图3.10卸料板（6）凸凹模固定板图3.11凸凹模固定板（7）下垫板图3.12下垫板（8）上垫板图3.13上垫板3.1.6 零件装配图3.14装配主视图 图3.15装配左剖视图 1模柄；2上模座；3大导套；4大导柱；5下模座；6卸料板；7卸料弹簧；8卸料螺钉；9螺钉；10下垫板；11凸凹模固定板；12推件导柱；13小导套；14冲小孔凸模；15销；16上垫板；17冲孔模固定板；18落料凹模；19推件板；20定位销；21凸凹模；22冲大孔凸模；23小弹簧；24落料凹模固定板；3.2弯曲-翻边模具结构设计3.2.1模具结构（1）安装方法 采用正装式复合模，弯曲件由安装在下方的卸料装置弹出。如果采用倒装式复合模，当工件卡在下方时弹出比较麻烦，所以采用正装式复合模。（2） 定位装置 因为工件轮廓不规则，为了保证精准度，用定位板将其定位。（3）推件装置 在弯曲后，工件可能会卡在上方的模具上，需由刚性或弹性推件装置推出。这里采用弹性装置。（4）卸料装置 弯曲后，工件在弯曲凹模里面，因此需要在下模设置卸料装置。设置的弹性卸料装置一般有两种形式：一种是将弹性零件装设在下模板下；还有一种是把弹性零件安装在卸料板与凸凹模固定板之间。采用后种形式，用弹簧作为弹性零件。（5） 导向装置 采用中间二导柱模架。3.2.2模具工作部分尺寸计算（1）圆角半径 凸凹模：因为mm，所以凸凹模圆角半径=2mm。凹模：生产中，按材料的厚度决定。当t213mm，所以符合要求。（2）模架 经过比较后选用中间导柱模架，选这种模架原因是因为模架的导柱中间位置，进行冲压时可以有效的防止模具因为受力不均匀而歪斜。以凹模周界尺寸为依据，查冷冲压模具设计与制造表8.31选择模架规格： 上模座：20020045 GB2855.981 下模座：20020060 GB2855.1081 查表8.33选择导柱规格：A35h5210，A32h5210 查表8.35选择导套规格：A35H610543，A32H69043（3）模柄 选用压人式模柄，查表8.37选A50115 GB286281图样如图3.19: 图3.19模柄（4）销钉 销的作用是防止模柄转动，与模柄采用H7/m6配合。查表8.61得销尺寸为：820 GB11985。（5）螺钉根据模具结构尺寸，查表8.59，连接固定板与上模座的选用M1045 GB7085，连接下模座的选用M1050 GB7085，连接定位板与固定板的选用M625 GB7085。（6）弹簧弹簧的作用是将弯曲后的工件弹出，所以不需要很大的力，查表8.57得卸料弹簧选3根选用：11033 GB208980，推件弹簧选4根选用：21215 GB208980。（7）卸料螺钉根据模具结构尺寸，查表8.58选用863 GB2867.681。3.2.5非标准件（1）弯曲凹模固定板图3.20弯曲凹模固定板（2）翻边凸模固定板图3.21翻边凸模固定板（3）下垫板图3.22下垫板（4）上垫板图3.23上垫板（5）凸凹模固定板图3.24凸凹模固定板（6）推件板图3.25推件板（7）卸料板图3.26卸料板（8） 定位板图3.27定位板3.2.6零件装配图3.28装配主视图 图3.29装配左剖视图1模柄；2上模座；3卸料螺钉；4小导套；5小导柱；6下模座；7大导套；8大导柱；9M1045螺钉；10推件弹簧；11M1050螺钉；12上垫板；13推件板；14凸凹模；15凸凹模具固定板；16M625螺钉；17定位板；18弯曲凹模固定板；19弯曲凸模固定板；20下垫板；21弯曲凹模；22卸料弹簧；23翻边凸模；24卸料板；4 结论 本文主要部分是模具设计，通过对零件的分析设计了两套模具，分别是冲孔-落料复合模和弯曲-翻边复合模。冲孔-落料复合模采用倒装的方法安装，冲孔留下的废料可以通过凸凹模从下面的通孔排除。工件由上方的凹模带走后，由推件装置推出。条料由下模的卸料装置推出。这样操作安全且方便，能保证较高的生产率。弯曲-翻边复合模采用正装的方法安装，这样安装的好处是卸料方便，生产效率高。当然，由于知识水平有限，对实践的缺乏，当中有很多的不足之处，还有待在以后的工作实践当中不断地完善和创新。参考文献1.汪大年. 金属塑性成形原理. 北京：机械工业出版社，19952.周士林. 航空制造工程手册飞机钣金工艺M. 北京：航空工业出版社，19923.宋满仓. 冲压模具设计. 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