毕业设计--钣金成形工艺及模具设计.doc

毕业设计说明书设计题目：山形片（BS12-03）钣金成形工艺及模具设计学生姓名：何理政专 业：飞机制造技术班级与学号：09315326指导老师及职称：周鑫星（讲师） 系 部：机械工程系湖南张家界提交日期：20年月14张家界航空工业职业技术学院飞机制造技术专业毕业设计任务书届次 12届 姓名 何理政 班级 093153 学号26一、设计题目：山形片（BS12-03） 钣金成形工艺及模具设计二、产品零件图及要求：名称山形片材料硅钢/t=0.5生产批量中批生产条件不限三、设计内容：1产品零件的钣金成形工艺规程：1份2钣金模具设计图样（含二维及三维总装图、二维非标准零件图）：1套3设计说明书：1份发题日期：2011 年 3 月 16 日 完成日期：2011 年 5 月 10 日指导教师： 专业主任： 徐 政 坤 目 录摘要1关键词11前言12零件图的分析22.1零件的功用与经济性分析 22.2零件的冲压工艺性分析22.2.1 结构形状与尺寸分析 22.2.2 精度与表面粗糙度22.2.3 材料33 冲压工艺设计33.1 冲压工艺方案的确定33.1.1 冲压工序性质与数量的确定 33.1.2 冲压工艺方案的分析与确定33.2 冲压工艺参数的计算33.2.1 排样设计与下料方式的确定33.2.2 各工序冲压力的计算与冲压设备的选择53.3 冲压工艺的规程的编制64 冲压模具设计64.1 模具类型和结构形式的确定64.1.1 模具结构类型的确定64.1.2 工件的定位方式的确定64.1.3 卸料与出件方式的确定64.1.4 模架类型及模具组合形式的确定64.2 模具零件的设计与选用64.2.1 工作零件的设计6 （1）凸、凹膜间隙的确定6 （2）凸、凹模工作尺寸的计算7 （3）模具压力中心的确定7 （4）凸模结构形式及尺寸的确定8 （5）凹模结构形式及尺寸的确定8 （5）凸凹模结构型式及尺寸的确定9 4.2.2 定位零件的设计与选用94.2.3 卸料与出件装置的设计10 （1）卸料装置设计10 （2）推件装置设计104.2.4 支承固定零件的设计与选用10 （1）凸（凹）模固定板10 （2）垫板10 （3）模柄104.2.5 模架及其零件的选用114.2.6 紧固件的选用114.3 模具图样的绘制及压力机校核114.3.1 模具装配图的绘制114.3.2 模具零件图的绘制114.3.3 压力机技术参数的校核115 模具的工作原理与使用维护116 设计总结14参考资料14致 谢14山形片（BS12-03）钣金成形工艺及模具设计学 生：何理政指导老师：周鑫星(张家界航空工业职业技术学院，张家界 427000)摘 要：此说明书以设计山形片零件模具为主线，主要阐述了山形片零件的模具设计。制件为山形片，主要设计该件的冲孔、落料复合模，材料为硅钢，其材料的力学性能良好，经计算，此制件适合用冲孔、落料冲裁工艺生产。设计这套模具首先分析材料是不是适合冲裁，选用冲裁工艺是否经济，是不是需要后续工序，如校平、整形等，然后计算冲压力选定压力机，最后确定模具的结构和工作零件的结构，并计算其工作零件的尺寸，其他的一些零件则在设计的时候尽量选用标准件，节约模具的制造成本，这些前提条件做好后,用绘图软件绘制模具总装图和零件图，编写零件的加工工艺规程。关键词：山形片；钣金；成形工艺；模具设计1 前言当前钣金成形技术的发展状况：在航空工业中，钣金零件是组成现代飞机机体的主要部分，约占飞机零件总数量的70%，制造工作量约占整架飞机劳动量的15%，并有品种多数量少，结构复杂、外廓尺寸大、刚性小等特点，直接影响飞机整机质量和生产周期。 钣金件分为直线型弯曲件和复杂型面零件。对于直线型弯曲件目前采用多处理机数控系统的压弯机已占主流，可自动而连续地对后挡架和滑块位置进行测量，与给定值进行比较以便校正，并可利用数控系统预选油缸油压，可调节后挡架的运动速度且可自动编程。对于复杂型面零件的成形较为复杂，其成形设备有蒙皮拉形机、型材拉弯机和喷丸成形机。蒙皮拉形机的固有难题是确定适量的预拉力，其值应在材料屈服强度和极限强度之间，否则会过早地出现金属疲劳。 精密钣金成形技术常用的方法有橡皮囊液压成形、数控蒙拉、型拉、滚弯成形技术、超塑成形/扩散连接技术及冲击成形技术。这些技术已被广泛应用于飞机制造中并成为钣金成形的传统成形方法。其中超塑成形技术的应用是钣金成形的一个飞跃，其应用机种有EAP,EFA,ATF,F-SEIF,B-1B及狂风战斗机等，其应用的材料也从钦合金发展到铝铿合金和铝合金。70年代起，英国Alcan，美国Acoa和法国的Penchiney等公司以及前苏联投人大量人力和物力研制并开发铝铿合金成形技术。在国外，铝锉合金构件从80年代中、后期开始小批量在飞机上试用，应用范围逐渐扩大，应用机型有F-15B, EAP,EFA,F-22,F-SE/F,B-1B等等，应用的部位有机身框架、襟翼翼肋、电子设备盖板、飞机前舱、垂直安定面、整流罩、发动机通道门、飞机检修舱门及一些壁板件，获得了显著的经济效益。2 零件图的分析2.1 零件的功用与经济性分析该零件主要用于变压器，起导电变压的作用。其材料为硅钢，厚度为0.5mm，外形尺寸要求不高，形状简单，容易成形。年产量属于中批量，故经济性良好。2.2 零件的冲压工艺性分析2.2.1 结构形状与尺寸分析：由零件图可知，该零件外形较简单、对称，无悬臂和窄槽，但外形有90尖角，为了提高模具寿命，建议将所有90的尖角改为R1的工艺圆角。制品上只有两个的孔，适合冲裁。2.2.2 精度与表面粗糙度：该零件外形无粗糙度要求。该零件图上尺寸均未标注尺寸偏差，故按IT14确定工件尺寸的公差，；。2.2.3 材料该零件材料使用硅钢，具有较好的可冲压性能。结论：该零件的形状、尺寸、精度、材料均符合冲裁工艺性要求，故可以采用冲压方法加工。3 冲压工艺设计3.1成形工艺方案的确定3.1.1 成形工序性质与数量的确定：根据零件形状结构可知，成形该零件需要冲孔，落料两道基本工序。3.1.2 冲压工艺方案的分析与确定根据以上基本工序，可以拟定出以下三种冲压工艺方案：方案一：先落料，再冲孔，采用单工序模成形；方案二: 冲孔落料复合冲压，采用复合模成形；方案三：采用多工位级进成形。冲压工艺方案比较表项目方案一方案二方案三模具结构简单一般结构较复杂模具数量2套1套1套生产效率较低一般高通过上述分析可知，方案一模具简单，数量多，冲压效率低。方案二相对于方案一模具较复杂，数量减少，冲压效率适中，适合中批量生产。方案三相对于前两种方案模具最复杂，制造周期长，数量最少，冲压效率最高，但成本高。由于零件精度要求不高，且为中批量生产，故选择方案二。3.2 冲压工艺参数的计算3.2.1排样设计与下料方式的确定：1、排样板料规格拟选用0.5mm650mml900mm。坯料长度104mm，考虑到零件的形状，为了提高材料利用率，可采用条料对排，但是对排两零件之间的搭便值过小，故只能采用直排。条料定位方式采用导料销导向，挡料销定距，取搭边值，(查表)则进距条料宽度2.裁板方案1) 板料纵裁利用率条料数量每条零件数每张板料可冲零件数材料利用率2) 板料横裁利用率条料数量每条零件数每张板料可冲零件数材料利用率由此可见，纵裁比横裁材料利用率高，故使用纵裁。3.2.2 各工序冲压力的计算与冲压设备的选择1.冲孔落料复合工序落料力 式中查表得。卸料力 式中，由表查得。冲孔力 推件力 式中，由表查得。凹模刃口高度取5mm，故个。0.5mm为凸模进入凹模深度。故成形总力为： 根据工厂现有设备选择合适的压力机。本工序可以选用J23-16 压力机。压力机的相关参数3.3 冲压工艺规程的编制参考工艺规程表4 冲压模具设计4.1 模具类型和结构形式的确定4.1.1 模具结构类型的确定由冲压工艺分析可知，采用复合成形，考虑操作的方便性，所以模具类型为冲孔-落料倒装式复合模。4.1.2 工件的定位方式的确定零件的生产批量属于中批。合理安排生产可采用手工送料方式能够达到要求，且能降低模具成本，因此采用手工送料方式。考虑零件尺寸、料厚适中，为了便于操作，保证质量，采用导料销导向、挡料销定距的定位方式。4.1.3 卸料与出件方式的确定为了保证工件质量，采用上出件方式，由模具上方推件块将工件从落料凹模中推出。冲压后卡在凸凹模上的条料废料采用弹性卸料装置卸料，而最终留在凸凹模内的废料可由冲孔凸模依次从下模废料孔中推出。故该模具上模有一套刚性的推件装置，下模有一套弹性的卸料装置。4.1.4 模架类型及模具组合形式的确定冲孔落料复合模：该零件精度要求不高，为了操作方便，便于安装调整，采用后侧导柱模架。考虑零件精度要求不高，因此采用II级模架精度。4.2 模具零件的设计与选用4.2.1 工作零件的设计（1）凸、凹模间隙的确定该制品精度不高，所以凸凹模间隙根据经验法查表3-4得：Z=(810)t%，Zmin=0.04mm，Zmax=0.05mm。（2）凸、凹模工作尺寸的计算该零件外形尺寸较多，采用配作法。未标注公差均按IT14级计算，；。 1）落料落料时，以凹模为基准，只要计算凹模刃口尺寸，凸模配作，不用计算。a）磨损后变大的尺寸：；查表得1=2=3=4=5=0.5得;b）磨损后变小的尺寸： 无c）磨损后不变的尺寸： 得凸模刃口尺寸按凹模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax。2）冲孔冲孔时，以凸模为基准，只要计算凸模刃口尺寸，凹模配作，不用计算。a）磨损后变小的尺寸：查表1=0.75 凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙ZminZmax。（3）模具压力中心的确定 根据零件形状，利用CAXA2007软件计算得出其模具压力中心如下图： 、 由图可知零件左右对称，上下不对称，其压力中心坐标为x=0，y=32.209mm（4）凸模结构型式及尺寸的确定凸模形状为圆形，查标准凸模取圆凸模 B5.536 JB/T 80571995 。凸模的材料采用，工作部分热处理淬硬5660HRC。 （5）凹模结构型式及尺寸的确定凹模采用方形板状结构通过螺钉、销钉与固定板固定。冲件批量适中，考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直刃壁结构，刃壁高度取5mm，漏料部分考虑要装推件块沿刃口轮廓单边扩大3.5mm。凹模轮廓尺寸计算如下：凹模长和宽为 (计算要保证压力中心在板的中心位置)式中 为凹模壁厚，查手册表（参考图形）选取为c=26mm。凹模厚度查表得H=20mm根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模轮廓尺寸为。凹模材料选用(同凸模)，工作部分热处理淬硬6064HRC。（6）凸凹模结构型式及尺寸的确定凸凹模中外形为落料凸模，内形为冲孔凹模，刃口形状都较简单，可设计成阶梯形结构，通过台肩与固定板固定。凸凹模的刃口尺寸可根据落料凸模和冲孔凹模工作尺寸配作，其余尺寸根据卸料装置和安装固定要求确定。凸凹模的材料也选用，工作部分热处理淬硬5660HRC。 4.2.2 定位零件的设计与选用根据前述可知采用导料销和挡料销定位。导料销和档料销均采用直径为，高度，总高为，即A642 JB/T7649.101994。 4.2.3 卸料与出件装置的设计 （1）卸料装置设计卸料装置由橡胶、卸料板、卸料螺钉组成a、卸料板的尺寸由典型组合得：b、选择橡胶：、确定自由高度：、确定预压缩量:、确定装配高度：、橡皮理论面积：、橡皮实际面积：所以橡皮的安装尺寸为：c、卸料螺钉由典型组合并根据固定板、垫板的厚度，选择为；1060 GB2867.6-81 （2）推件装置设计该模具推件装置根据制品的形状可知，由打杆和推件块构成。打杆直径参照模柄选取为（适当缩小避免干涉）长度取126mm，材料为45钢，热处理淬硬4045HRC。推件块外形为和零件一样，尺寸为比凹模刃口尺寸单边小0.2mm。推件块材料也为45钢，热处理淬硬4045HRC。4.2.4 支承固定零件的设计与选用 （1）凸（凹）模固定板由复合模典型组合尺寸得：上模凸模固定板：，材料选用45钢。下模凸凹模固定板：，材料选用45钢。 （2）垫板上垫板：，下不需要垫板，材料选用45钢，热处理5660HRC。 （3）模柄根据前述可知，选用J23-16的冲压机，查冲压机标准可知其模柄安装孔直径为，故选用模柄为,JB/T 7646.1-1994。4.2.5 模架及其零件的选用为了方便安装调整，采用后侧滑动导柱模架。考虑零件精度要求不高，因此采用II级模架精度。其凹模周界,闭合高度H=165mm查设备的规格得），模架其规格为：160125165 GB/T2851.3-1990。上模座规格：160mm125mm35mm。下模座规格为：160mm125mm40mm，导柱规格：A 25h5150 GB/T2861.11990，导套规格为：A 25h68033 GB/T2861.11990。4.2.6 紧固件的选用根据冲裁模结构形式及模架的组合形式可知，冲模零件的连接和紧固采用螺钉，模具零件的定位采用销钉，其螺钉规格为：GB/T 70.1-2000 M1060、M1045。圆柱销规格为：GB/T 119.1-2000 1065、10504.3 模具图样的绘制及压力机校核4.3.1 模具装配图的绘制先绘制下模，再根据下模阶梯剖视的位置绘制上模。上模是全剖视，而且是模具闭合状态下的剖视图。4.3.2 模具零件图的绘制零件图视图方向应该和装配图一致。4.3.3 压力机技术参数的校核（1）模具闭合高度的校核： 模具闭合高度为：。冲压机装模高度为160mm220mm，因此满足要求。（2）模具最大安装尺寸为200mm165mm，压力机工作台台面尺寸为450mm300mm，能满足模具的正确安装。故所选设备满足成形和模具要求。5 模具的工作原理与使用维护1. 模具的工作原理：此模具采用倒装复合形式，是倒装复合模中最典型的结构。模具中，凸凹模装在下模，它的外轮廓起落料凸模的作用，而内孔起冲孔凹模的作用，故称凸凹模。它通过凸凹模固定板安装在下模座上，落料凹模和拉深凸模则通过固定板装在上模座部分。工作时，条料由固定挡料销和导料销定位，故凹模上加工出让位孔，冲裁完毕后，即压力机滑块到达上死点，由于弹性回复，工件会卡在凹模内，为了使冲压生产顺利进行，使用由推杆、推件块组成的刚性推件装置将工件推出。2. 模具的使用维护：模具是比较精密而且比较复杂的工艺装配，制造成本高，使用周期长。为了保证正常生产，保证制造质量，提高模具耐用度，延长模具使用寿命，必须合理使用与正确维护，修理模具。A. 模具的使用：a) 冲模的检查:模具的检查安排在安排时、开工前、使用中三个阶段。 （1）安装使用前的检查：1) 使用前领取的新模具，必须是经过拭模并带有合格试件的模具；对于使用过得模具，对应检查模具的履历卡片。2) 对照工艺文件检查所用模具及设备是否正常。3) 模具外观应清洁、无污物、凸凹模应无裂纹、压伤的缺陷。（2）开工前检查：1）压力机的卸料装置是否暂时调整到最高位置。2）检查压力机和冲模的闭合高度是否相适应。3）冲模上的卸料装置是否和压力机能配套使用。4）冲模的上下模板和压力机的滑块底面，工作台面是否擦拭干净。5）安装好的模具应再检查一下模具内外是否有异物、安装是否牢固。（3）使用过程中的检查：1）随时注意毛坯有无异常现象，如毛坯不能有硬折，厚度不能变化太大，严重氧化皮和翘曲等现象。一担发生异常立即停止。2）模具在使用一段时间后，应随时停车，检查，清理台面，并定时润滑工作表面，润滑应在停车的过程中进行，严禁在冲压过程中进行。3）随时检查毛坯是否有重叠现象，是否擦拭干净，是否涂以少量润滑油。4）使用一段时间后，应停车检查凸凹模刃口形状状况，若发现刃口不锋利。可在机上刃磨，如毛病较大时，应停机修正。b) 冲模使用过程中的润滑合理选择润滑剂对机进行润滑：1）冲裁弯曲模： 常采用涂刷润滑，一般采用20号或30号机油，主要涂刷在坯料表面，也可间隔一定时间涂刷凸凹模工作表面上或导向机构表面上。2)拉伸模:采用各种配方润滑，润滑剂应均匀涂抹在凹模端面和口部员角度，拉伸原料时，与凹模接触的毛皮表面也应涂抹润滑剂，切忌在涂抹表面或和它接触的表面涂抹，以免材料变薄。c) 冲模使用注意事项：1）选用的压力机必须有足够的刚性，强度和精度。冲模安装前，需将压力机预先调整好，即应仔细检查制动器，离合器及操作机构的工作是否正常。检查方法是先踩脚踏板或按手柄，如滑块有不正常连冲现象，应该排除故障后再安装冲模。2)冲模安装固定时，应该采用专用的压板，螺钉，螺母和压块，不可代用。并且将模具底面与工作台面擦干净。3）安装后的冲模，所有凸模的中心线都应于凹模平面垂直，否则使刃口啃坏。4）冲模使用一段时间后，