端盖冲压成形工艺与落料拉伸复合模具设计【全套13张CAD图】
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全套13张CAD图
冲压
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模具设计
全套
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端盖冲压成形工艺与落料拉伸复合模具设计【全套13张CAD图】,全套13张CAD图,冲压,成形,工艺,拉伸,复合,模具设计,全套,13,CAD
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1 绪 论 目前，我国冲压技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在冲压基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化； 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高； 8）模具研磨抛光将自动化、智能化； 9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3带凸缘圆筒拉深模具设计的设计思路拉深是冲压基本工序之一，它是利用拉深模在压力机作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它不仅可以加工旋转体零件，还可以加工盒形零件及其他形状复杂的薄壁零件，但是，加工出来的制件的精度都很底。一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高于IT11级。只有加强拉深变形基础理论的研究，才能提供更加准确、实用、方便的计算方法，才能正确地确定拉深工艺参数和模具工作部分的几何形状与尺寸，解决拉深变形中出现的各种实际问题，从而，进一步提高制件质量。带凸缘圆筒件是最典型的拉深件，其工作过程很简单就一个落料拉深，根据计算确定它不能一次拉深成功.因此，需要多次拉深。在最后的一次拉深中由于制件的高度太高，根据计算的结果和选用的标准模架，判断此次拉深不能采用标准的模架。为了保证制件的顺利加工和顺利取件，模具必须有足够高度。要改变模具的高度，只有从改变导柱和导套的高度。导柱和导套的高度可根据拉深凸模与拉深凹模工作配合长度决定设计时可能高度出现误差，应当边试冲边修改高度。2 端盖冲压工艺的分析2.1拉深件工艺分析原始资料：如图所示 材料：08钢 厚度：1.5mm 图1 此工件为带凸缘圆筒形工件，形状简单对称，所有尺寸均为自由公差，对工件厚度变化也没有作要求。由于没有公差等级标注，所以可以按未标公差等级处理。零件图上未标注公差尺寸按IT14精度计算。2.2 冲压工艺方案分析2.2.1 冲压工艺方案的确定该工件包括落料、拉深两个基本工序，可以有以下三种工艺方案：方案一：先落料，后拉深。采用单工序模生产。方案二：落料拉深复合冲压。采用复合模生产。方案三：拉深级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但需要两道工序两副模具，生产效率低，难以满足该工件大批量生产的要求。方案二只需一副模具，生产效率较高，尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的集合行装简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需一副模具，生产效率高，但模具结构比较复杂，送进操作不方便，加之尺寸偏大，通过对上述三种方案的分析比较，若该工件能一次拉深，则其冲压采用方案二为佳。2.3 工艺计算2.3.1 计算毛坯尺寸1.计算工件凸缘相对直径，确定修边余量（1）由工件图可知 t=1.5mm1mm,故按板厚中径尺寸计dt=55.6mm d=36.2mm H=16.5mm。凸缘相对直径 查表4.3.22得 修边余量R=3.0mm 故按实际外径dp=55.6+3.0261.6mm计算。（2）计算毛坯直径D有表4.332得2.3.2 确定工件是否能一次拉深成形板料的相对厚度 查表4.5.12得极限拉深系数为0.580.48。零件0.580.48，故可以一次拉深成形。2.3.3确定是否用压边圈板料的相对厚度 。由表4.4.42查得可用可不用压料装置为了保证制件质量，采用弹性压料装置。2.3.4落料排样设计1、确定零件的排样方案设计模具时，条料的排样很重要。由于是圆形，所以采用直排，材料的利用率较高。图2 条料的排样2、条料宽度、导尺间宽度和材料利用率的计算查表2.5.22得搭边值a1=1.0mm,a=1.2mm。条料宽度的计算：拟采用无侧压装置的送料方式，得条料宽度 （2.5.5）导料板间距离 （2.5.6）D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，见表2.5.32；查得0.6c导料板与最宽条料之间的间隙；其最小值见表2.5.52查得cmin=0.5mm。代入数据计算，取得条料宽度为 A79mm。3材料利用率的计算：根据一般的市场供应情况，查表1-23950 mm1500 mm1.5 mm的冷轧薄钢板。每块可剪1500mm 78.5 mm规格条料12条，材料剪切利用率达99.2%。由材料利用率通用计算公式式（2.5.1）2。 = 式中 A一个步距内冲裁件的面积，mm2； n一个进距内的冲裁件数量； B条料宽度，mm； s进距， mm。得 =77.6%一张板料上总的材料利用率式（2.5.2）2式中 n一张板材上冲裁件的总数目；A1一个冲裁件的实际面积，mm2； n一个进距内的冲裁件数量； B板料宽度，mm； L板料长度 mm。得 可见材料的利用率较高。2.3.5 主要工作零件的尺寸计算1.落料凸、凹模尺寸的计算由于落料是一个简单的圆形，因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单，精度容易保证，所以采用分别加工。设计时，需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造工差2。根据设计原则,落料时以凹模为设计基准。由式（2.4.1）和（2.4.2）2得 (2.4.1) （2.4.2）式中 DA、DT落料凹凸模尺寸； Dmax落料件的最大基本尺寸； x磨损系数； 工件制造公差； Zmin最小合理间隙； A、T凸、凹模的制造公差。查表2.3.32得Zmin=0.132mm x=0.5 查表2.4.12 A0.025mm T=0.020mm 0.74mm代入数据得 校核：查表2.3.22得Zmax=0.240mm Zmia=0.132mmA+T=(0.025+0.020)mm=0.045mm(0.240-0.132)mm0.108mm2.拉深凸凹模尺寸的计算由于尺寸标注在零件内形，所以以凸模为基准，工作部分尺寸为2： （4.8.12） （4.8.13）式中： 、凹、凸模的尺寸； dmin拉深件内径的最小极限尺寸； 零件的公差； A、T凹、凸模制造公差； Z拉深模双面间隙。查表0.62mm 查表5A=0.09mm T=0.060mm 由公式（4.8.8）2得（11.1）t t板料厚度 mm。 Z=2（11.1）1.5=33.3mm 取Z=3.15 mm 则 2.3.6 选取凸模与凹模的圆角半径 因为圆角R3mm属于过渡尺寸，要求不高且R3mm2t可以一次成形，为简单方便，设计生产中直接按工件尺寸作为拉深凸、凹模该处尺寸。2.3.7 主要零部件设计1.由于工件形状简单对称，所以模具的工作零件均采用整体结构，拉深凸模、落料凹模、落料凸模拉深凹模的结构如零件图所示。由落料凹模厚度： H=Kb(15) 式（2.9.3）2凹模壁厚： C（1.52）H （3040）式（2.9.4）2式中：b凹模刃口的最大尺寸mm； K系数 考虑板料厚度的影响 查表2.9.52 K0.220.35 则 H（0.220.35）75.23（16.5526.33）mm取H25mm。 C（1.52）25（37.550）mm根据上述计算查表4134选用标准凹模板12512525CrWMn JB/T 7643.1。凹模刃口h：由书表2.9.42得 h6mm 取h=6mm。2. 为了实现先落料后拉深，模具装配后，应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低，其长度L可按下式计算： 式中：拉深凸模固定板的厚度 mm； 落料凹模的厚度mm； 装配后，拉深凸模的端面低于落料凹模端面的高度，根据板厚大小，决定3mm。 拉深凸模上一般开有出气孔，这样会使卸件容易些，否则凸模与工件由于真空状态而无法卸件。查表，本凸模出气孔的直径为5mm。 3.落料凸模拉深凹模的长度可由下式计算： 式中：落料凸模拉深凹模固定板的厚度 mm； 卸料板的厚度mm； h拉深凸模深入凹模的深度 mm。 关于工作零件图可参考零件图24 压力、压力中心计算及压力机的选用因为本制件是轴对称零件，所以不用计算压力中心。2.4.1 压力计算1冲裁力的计算由于本模具落料时采用刚性卸料装置，同时又没有冲裁件卡在凹模内，所以落料力就是冲裁力。 由式（2.6.1）2 得 （2.6.1） 式中：L冲裁周边长度； t材料厚度； 材料抗剪强度； K系数。 一般取1.3。由表1.3.62查得260360MPa。取310MPa。则 2拉深力的计算采用压料圈由式（4.4.8）2得 式中： t材料厚度； d拉深后的工件直径； 拉深件材料的抗拉强度。 修正系数；由表1.3.62查得215410MPa。取300MPa。由表4.4.62查得K11.27则 2.4.2 压力机的选用压力机的工作行程需要考虑工件的成形和方便取件，因此，工作行程应足够大。 根据拉深力的计算结果和工件的高度，选择压力机：J23-40公称压力/KN滑块行程/mm最大闭合高度/mm最大装模高度/mm400100330265连杆调节长度/mm模柄孔尺寸/mm6550703 模具的结构设计 3.1选用模架、确定闭合高度及总体尺寸由于拉深凹模外形尺寸较大，为了工作过程稳定，选用中间导柱模架。再按其标准选择具体结构尺寸见表3-1。表3-1 模架规格选用名称尺寸材料热处理上模座16016040HT200下模座16016045HT200导柱28170、3217020渗碳5862导套2811043、321104320渗碳5862Hmin=180mm,Hmax=220mm模具的闭合高度 由此可见模具的实际开模高度远远大于所采用模架的最大闭合高度，所以此制件不能采用标准模架。 为了节省加工时间，只有在模具标准模架的基础上进行修改。因为要使模具具有足够的封闭高度，只有改变导柱和导套的高度： 导柱：28200、32200； 导套：2811043、30110433.2 其它模具零件的结构设计3.2.1 固定板查表7-24 拉深凸模固定板选用： 12512528-45钢JB/T 7643.2。落料凸模拉深凹模固定板选用： 12512532-45钢JB/T 7643.2。3.2.2垫板垫板的作用是直接承受凸模的压力，以降低模座所受的单位压力，防止模座被局部压陷，从而影响凸模的正常工作。是否需要用垫板，可按下式校核： 式中：p凸模头部端面对模座的单位压力（N）； 凸模承受的总压力（N）； A凸模头部端面支撑面积(mm2)。冲裁时： 拉深时： HT200的许用压应力为90140Mpa。但是因为通过上模座固定的模柄与压力机相连，且上模座闭下模座薄，而且下模座固定在压力机工作台上。为防止上模座损坏，在上模座加垫板。查表7-44选用垫板 1251256-45钢 JB/7643.3。3.2.3 打料块一般与打料杆联合使用，属于刚性卸件装置，靠两者的自重把工件打出来。打料块与拉深凹模间隙配合。图3 打料块3.2.4压边圈压边圈的作用是防止凸缘部分起皱，同时还起到顶件的作用。 图4 打料块3.2.5 导柱、导套 对于生产批量大、要求模具寿命高的模具，一般采用导柱、导套来保证上、下模的导向精度。导柱、导套在模具中主要起导向作用。导柱与导套之间采用间隙配合。根据冲压工序性质、冲压的精度及材料厚度等的不同，其配合间隙也稍微不同。这里采用H7/h6。3.2.6 其他零件模具其他零件的选用见表3-2表3-2 模具其他零件的选用序号名称数量材料规格/ mm热处理1下模座1HT200160160452导柱120钢28200渗碳5862HRC3导柱120钢32200渗碳5862HRC4导套120钢2811043渗碳5862HRC5导套120钢3211043渗碳5862HRC6上模座1HT200160160407内六角螺钉4Cr12M10455862HRC8内六角螺钉4Cr12M101005862HRC9模柄1Q235-1.FA5011010销钉245钢66011销钉245钢88012止转销 145钢81413打杆145钢M1422014紧定螺钉645钢M41215固定挡料销145钢A64348HRC3.3 模具总装图 由以上设计，可得到模具的总装图，其工作过程是：模具在工作时，压力机滑块下行，通过模柄带动上模座下行，凸凹模先落料，紧接着进行拉深。拉深完成以后，压力机滑块上行，通过模柄带动上模座上行，当凹模随上模回升时，零件制品在打料块及打料杆的作用下，将其从凹模内推出，准备下一次拉深。 4 结束语带凸缘圆筒件属于简单的拉深件，分析其工艺性，并确定工艺方案。由于在零件制造前进行了预测，分析了制件在生产过程中可能出现的缺陷，采取了相应的工艺措施。因此，模具在生产零件的时候才可以减少废品的产生。深圆筒模具的设计，是理论知识与实践有机的结合，更加系统地对理论知识做了更深切贴实的阐述。也使我认识到，要想做为一名合理的模具设计人员，必须要有扎实的专业基础，并不断学习新知识新技术，树立终身学习的观念，把理论知识应用到实践中去，并坚持科学、严谨、求实的精神，大胆创新，突破新技术，为国民经济的腾飞做出应有的贡献。致谢毕业设计是我们进行完了三年的模具设计与制造专业课程后进行的，它是对我们三年来所学课程的又一次深入、系统的综合性的复习，也是一次理论联系实践的训练。它在我们的学习中占有重要的地位。通过这次毕业设计使我在温习学过的知识的同时又学习了许多新知识，一些原来一知半解的理论也有了进一步的的认识。特别是原来所学的一些专业基础课：如机械制图、模具材料、公差配合与技术测量、冷冲模具设计与制造等有了更深刻的理解，使我进一步的了解了怎样将这些知识运用到实际的设计中。同时还使我更清楚了模具设计过
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