模具毕业设计59汽车上触板的冲压工艺及模具设计
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模具毕业设计59汽车上触板的冲压工艺及模具设计,机械毕业设计论文
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江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 1 页 共 42 页 摘要： 本文介绍了汽车上触板的冲压工艺及模具设计方法。为了更好的对工件进行加工，选用带料做坯料，通过对零件的工艺分析，而且考虑到大批量生产，高生产率，工件的复杂程度以及模具的寿命，在此选用倒装的级进模来完成工件的冲压加工。对基本的工件成型进行研究得出加工此零件可分为三步来完成：第一步冲孔和冲预制孔，第二步翻孔和切舌；第三步落料。通过以上的设计分析而得出的模具对于机械制造行业来说，特别是对于那些大批量生产的零件，即提高了生产率，又降低了劳动强度，只是在成本上稍微高一点。但相信在以后的发展当中模具的制造业会更 好，会得到更广的发展。另外，此文还介绍了冲压加工的有关工艺参数的计算和辅助零件的选择方法等。 关键词： 上触板 工艺分析 模具设计 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 2 页 共 42 页 Abstract: Punching Technology and Die Design of Board Work piece of Automobile. This article introduces Punching Technology and Die Design method of Board Work piece of Automobile. In order to get better parts, These Work pieces use sheet method process. Because think of a great quantity of production quantity this work piece, high production rate, complicated degree of this work piece and life-span of die, so I use One-By-One die to complete this wok piece of automobile. To complete this wok piece contain three steps : First dies the base holes; Second cut toner and complete flanging holes; Third bend the mental. Follow above design anglicize, a good way for one manufacturer we can get a tooling, especially for parts, it can improve their belief And make the lobber lower. So, we can believe that the tooling will have a better long development. In addition, this article introduces count method of some data and chooses of die parts. Keywords: Board Work piece Analysis for Order Tooling Design nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 3 页 共 42 页 目录 序言 5 第 1 章 冲压件的工艺性分析 6 1.1 工艺性分析 6 1.2 冲裁工艺方案的确定 7 第 2 章 模具结构形式的确定 9 2.1 模具结构形式的选择 9 2.2 弹簧的选择 10 第 3 章 工艺 计算 12 3.1 设计与计算 12 3.1.1 排样设计与计算 12 3.1.2 确定各个工序的工件尺寸 15 3.1.3 计算凸凹模工作部分尺寸并确定其制造公差 21 3.2 冲压力计算与 压力机选择 23 3.2.1 计算冲压力 23 3.2.2 计算压力中心及绘装配图 26 3.2.3 压力机相关尺寸选择 27 第 4 章 模具主要零件的结构尺寸 31 第 5 章 模具工作零件的强度较核 37 第 6 章 结束语 40 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 4 页 共 42 页 第 7 章 致谢 41 参考文献 42 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 5 页 共 42 页 序言 该课题的主要设计意义在于掌握模具设计的大体思路，懂得如何着手分析和考虑问题，掌握零件的造型和加工方法，能自己独立的设计出一套完整的模子，且能将它应用于实际生产。 此次设计的课题为汽车上触板的冲压工艺与模具设计，所用的材料是 08F钢， 是用途最广泛的通用板料之一， 具有良好的机械强度，可以单独用做结构材料，应用于机械制造的各个领域。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链 条中最基础的要素之一，模具制造技术现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企业的生存空间 近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 6 页 共 42 页 第 1 章 冲压件的工艺性分析 1.1 工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件的结构、形状尺寸等对冲裁工艺的适应性。所谓冲裁件的工艺的适应性能好就是指：能用一般的冲裁方法，在模具寿命较高、生产率高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。 该零件为汽车上触板，材料 08F 钢板，板料厚度为 t=1mm. 由零件图 1-1 可以看出，该零件外形（轮廓）对称。内部形状相对复 图 1-1 零件图 杂，但大体上各孔、台阶也是对称的，零件的精度要求不高，按要求除三异孔的长度 17 有 0.1 的公差及中心孔的四矩形的公差有要求外。其余各尺寸均为自nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 7 页 共 42 页 由公差，零件直壁部分圆角半径为 0.5mm至 1mm。 通过以上的工艺分析，可以看出该零件为带料冲压件，整体尺寸、位置精度要求不高，这里取 IT12，属于大批量生产。因此可以采用冷冲压的连续级进模生产加工。 1.2 冲裁工艺方案的确定 确定工艺方案就是确定冲压件的路线，包括冲 压工序数、工序的组合和顺序等。 由于工件大批量生产，精度的等级是 IT12，采用的模具是级进模，所以最好先确定相互零件的基本工序，然后将基本工序作各种可能的组合并排出顺序以得到不同的工艺方案，再根据各种因素进行分析比较，找出合适具体生产条件的最佳方案。 对于汽车上触板的加工，包括冲孔工序、翻孔工序、切舍工序、落料工序， 根据这些基本工序可以拟出以下几种方案： 方案一：采用带料连续在多工位上冲压（冲孔 -翻孔 -切舍 -落料） 方案二：冲孔 +翻孔 -切舍 -落料 方案三：冲孔 -翻孔 +切舍 -落料 方案四：落料翻变连续模，其他采用单工序 方案五：采用单工序模 通过确定工艺方案的主要原则： 1、 保证冲裁件的质量 2、 经济性原则 在保证质量的前提下，应尽可能降低成本、提高经济效益。所以，对于大批量的冲裁件，应尽量采用高效的多工序模，而在试制与小批量生产时应尽可能才用单工序模与各种形式的简易模。 3、 安全性原则 工人操作是否方便、安全也是在确定工艺方案时要考虑的一个十分重要的问题。例如对于一些形状比较复杂、需要进行多道工序 冲压的小型冲裁件，如果用nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 8 页 共 42 页 简单的单工序模进行冲裁，需要用手钳放置毛坯，要多次进出危险区域，很不安全。因此，对于这类冲裁件，有时即使批量不大，也采用比较安全的连续模进行冲压。 通过这三个原则的分析有： 方案一工步数是四，在排样时要考虑到模具的级进方向的长度，工序较大，无疑相对其他二种方案在成本上、时间上都要高，不适于采用。 方案四由于落料翻边模，又处于生产第一步，使以后的各个工序不利进行，而且工序多，生产率底。 方案二、三都是三工步数，方案二中冲孔和翻孔合并为一工序，对凸模的设计要求较高，不容易达到要求，而方案 三中冲孔为一工序，翻孔和切舍为一工序，此凸模容易设计，最后一步为落料，此方案易于实现，在此采用此反哪个案，其结构简单，加工方便，工作效益高。如图 1-2： 图 1-2 工步图 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 9 页 共 42 页 第 2 章 模具结构形式的确定 2.1 模具结构形式的选择 冲裁工艺方案确定后，就要确定模具的各个部分的具体结构，包括上、写模的导向方式及其模架的确定，毛坯定位方式的确定，卸料、压料等方式确定 ，主要零部件的定位与固定方式及其他特殊结构的设计等。 根据确定的方案和零件的形状特点、精度、要求、所选设备的主要技术参数，模具制造条件以及安全生产等，选定冲模的类型及结构尺寸。 在此，我们采用的是典型的冲孔、翻孔、切舍、落料的级进模工艺模具加工，所供选择的模具结构形式有正装和倒装两种，现比较如表 2-1： 表 2-1 正、倒装模具比较 比较项目 倒装模具 正装模具 工作零件装配位置 凸模 在上模部分 在下模部分 凹模 在上模部分 在下模部分 凸凹模 在下模部分 在上模部分 出件方式 采用顶板、顶 杆自上模（凹模）内推出下落至工作台面上 采用弹顶器、自下模（凹模）内顶出至工作台面上 冲裁件平整度 较差 较好 凸凹模的强度和寿命 凸凹模承受的涨力较大，凸凹模最小壁后应严格控制 受力情况比倒装模好，但凸凹模内形尺寸易于磨损 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 10 页 共 42 页 生产操作 废料自漏料孔中排出，有利 于清理生产，操作安全 废料自上而下击落，和工件一起汇集 于模具表面，对生产操作不利 适应性 冲裁件平整度要求不高，凸凹模强度足够时采用 适应于薄料冲裁，平整度高，以及壁厚较小，强度较差的凸凹模 由以上分析可以知道，该汽车上触板零件的工件平整度无精度要求，而且凹模壁厚可以保证，考虑到大批量生产时工人的工作安全性，所以采用倒装级进模加工。 2.2 弹簧的选择 由于安装尺寸受到限制，且弹簧力较大，但行程较小，一般圆柱弹簧不能满足要求，现采用碟形弹簧。 由表 1查得到采取碟形弹簧： D=31.5 d=16.3 =1.75 h0=0.7 H0=2.45 Pf=394Kg 采用对合安装形式，则 Pz=P fz=nf n为碟形弹簧数 每个碟形弹簧组分别由 17个碟形弹簧组成，组合后弹簧自由长度为 00 nHH =17 2.45 =41.65mm 弹簧顶压量为 h=41.65-27=14.65mm 此时的弹簧刚度 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 11 页 共 42 页 C=129.79N/mm 欲压力为 F=h C =14.65 129.79 =1901.4N 欲压 力 F大于计算所得的卸料力 弹簧的最大压宿量 Hmax=n =1.75 17 =29.75 因为 29.7514.65+10=24.65 所以选择的弹簧符合要求 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 12 页 共 42 页 第 3 章 工艺计算 3.1 设计与计算 3.1.1 排样设计与计算 1、排样设计 裁件在条料上的布置方法称为排样。排样有多种排法：直排、斜排、直对排、斜对排等。但考虑到排样的原则： （ 1）提高材料的利用率 ，对冲 裁件来说，由于产量大，冲压的生产率高，所以材料费用常占总成本的 60%以上。材料的利用率 是一项很重要的经济指标。要提高材料的利用率，就应减少废料的面积。冲裁过程中所产生的废料可以分为结构废料和工艺废料两种。结构废料是由工件的形状决定的，而工艺废料则是由冲压方式与排样方式所决定的。因此，要提高材料的利用率主要应从减少工艺废料着手，设计出合理的排样方案。 (2)要考虑到工人操作方便安全，减轻工人的劳动强度，条料冲裁过程中翻动少，在材料利用率相同或者相进时，应尽可能选择条料宽、进距小的排样方法。 （ 3）考虑到模具 结构简单、模具寿命较高。 （ 4）要保证冲裁件的质量，所以，根据工件的结构尺寸，综合考虑，在此选择直排法（有废料排样法）。 2、排样方式 （ 1）有废料排样法 有废料排样是在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间，都有工艺余量的存在，冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行，所以冲裁件质量较好，模具寿命较长，但是材料的利用率较低。 （ 2）少废料的排样法 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 13 页 共 42 页 少废料的排样法是只有在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料之间留有搭边，而在冲裁件与条料侧边或冲裁件与冲裁件之间没有搭边存在。这种排样方法的冲裁只沿着冲裁件的部分外 轮廓进行，材料的利用率可达 70%到 90%。 （ 3）无废料的排样方法 无废料的排样方法是在冲裁件与冲裁件之间或只有在冲裁件与条料之间留无搭边，这种排样方法的冲裁件实际撒谎能够是直接由切断条料得到，所以材料利用率可达 85%到 95%。 无论是采用有废料的或是少废料、无废料的排样方法，根据冲裁件在条料上的不同布置方法，排样方法又有很多的排列方式。可根据不同的冲裁件形状加以选择，要用计算的方法选择一个合理的排样方式是比较困难的，所以要进行合理的安排，就显得很重要。 3、搭边值的确定 排样时冲裁件与冲裁件之 间 (a)以及冲裁件条料侧边之间（ a1） 留下的工艺余料称为搭边。 由于 08F钢板：矩形长为 L50，所以查 2 P61表得： a=0.8mm a1=1.0mm 3、送料步距与条料宽度的计算： (1)模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）。 由公式 2 P61 得 A=D+a =115+0.8 =115.8mm (2)条料宽度 B 假设导料板之间无侧压装置或不用手将条料紧贴单边导料板时，条料宽度为： 05.0000182.875.05.00.12842 baDBnts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 14 页 共 42 页 b0 条料与导料板之间的间隙 D 冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸 a1 冲裁件与条料侧边之间的搭边 板料剪裁时的下偏差： 这里 =0.5（ t=1mm） 由查 2 P63 得 b0=0.5mm 由于工件形状复杂，故将其调整为 880-0.6mm (3)材料和利用率 ，这里带料宽度 B=88，采用单排进距 S=115.8mm %88.621028.11532.8897%10001ss利用率不高，但是符合冷冲压加工，故可以采用。 （ 4）排样图如图 3-1： 排样图是排样设计的 最终表达方式。排样图是编制冲压工艺与模具设计的重要工艺文件，一张完整的模具装配图在其右上角应画出冲裁件的图形与排样图，而且在排样图上应标注 条料宽 公差 送料步距 搭边值： a、 a1 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 15 页 共 42 页 图 3-1 排样图 3.1.2 确定各个工序工件尺寸 1、对于第一工步的冲孔，除了翻孔、切舍，其余的都可以一步冲完。他们的形状和尺寸偏差不大，其中三孔为翻孔的预制控，其计算如下： 翻边分二种基本形式，即内孔翻边和外孔翻边。他们在变形性质、应力状态及在生产上的应用 都有所不同。该零件涉及到的是内孔翻边。 孔的翻边乃是在预先打好孔的毛坯上（有时也可以不预先打孔），依靠材料拉伸，沿一定的曲线翻成竖立凸缘的冲压方法。 在有预制孔的毛坯上进行翻孔，可以用 和10dD10dd相对值的组合来区分各种不同的工艺情况。 由表 2可以查得 08F 钢板，当板厚为 1mm 时的极限圆孔翻边系数： 查表 2时用到比值 do/to(do为翻边孔的预制孔 ) 先计算 do 查 3 P195得公式 00 72.043.02 trhdd m （ 1）对内径为 35的翻孔圆来说 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 16 页 共 42 页 36md h为翻边高度 4 R 过渡圆角 r=1 to 板厚 to=1 do=36-2(4-0.43 1-0.72 1)=30.3 可以查得其极限翻边系数为 ke=0.625 该孔的翻边系数 k=do/mo=30.3/36=0.842 因为 kke 所以此孔一次翻出成型 即 35翻边圆孔可以采用圆柱凸模一次翻出成型， 其预制孔为 do=30.3mm 图 3-2 凸模 再计算得到其公差如上图 3-2 (2)对于 9翻孔圆孔，也采用易于加工制造的圆柱形凸模 00 72.043.02 trhdd m nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 17 页 共 42 页 =10-2（ 4-0.43 1-0.72 1） =4.3 此时 k= do/mo=4.3/10=0.43 由表 1查得此孔采用冲孔成型孔时的极限翻边系 数为 ke=0.4756k 此孔不能采用圆柱凸模，若采用球型凸模则 ke=0.42，即：这时该孔可以一次翻边成型。 9翻边圆孔，可以采用球型凸模一次翻出成型，预制孔为 do=4.3 图 3-3 凸模 再计算得到其公差，如上图 3-3 （ 2）对于内径 3 的翻边圆孔 00 72.043.02 trhdd m =4-2（ 4-0.43 1-0.72 1） =-1.7 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 18 页 共 42 页 即该孔不能采用一次翻边成型。 出现这种情况时，常采用变薄翻边一次成型，该孔属于体积成型，变薄翻边时，凸凹模间采用小间隙，凸模下方的材料变形与圆孔翻边相似，它们成型为竖边后，将会在凸凹模间的小间隙内受到挤压，发生较大的塑性变形，从而使竖边厚度减薄，增加高度。 其变薄程度可以由变薄系数表示： k=t1/t03 式中： t1 变薄翻边后竖边的厚度 t0 毛坯的厚度 由于此孔为小螺纹低孔，可以得出以下公式： 2 01ddt =0.65to=0.65 1=0.65 毛坯预制孔 d0取为：（ dp=3） d0=0.45dp=0.45 3=1.35 d0=dp+1.3t0 =3+1.3 1=4.31.56 所以该凸模抗压强度满足要求。 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 40 页 共 42 页 第 6 章 结束语 历时三个多月的毕业设计终于接近尾声，伴随而来的是大学生涯的圆满结束，由这一点来看，毕业设计是整个大学学习的一个总结，它是我们毕业生在踏入社会，走上工作岗位前的一次综合训练，对它如此大的作用，深入总结是必要的。 本次的设计内容是汽车上触板零件的冲压模具，它 主要是为了满足当今社会汽车工业迅猛发展的要求而产生的。设计的第一阶段是熟悉相关课题的内容，包括压力加工的初步知识，及模具设计的过程和要求，这一过程基本是在图书馆度过的，这无疑大大的锻炼了我们分析问题、解决问题以及查阅资料的能力。与此同时，在外文文献反面也投入了精力，初步了解国内外工业发展的情况，以及先进的模具加工知识，这一点也拓宽了我们的专业知识，尤其是在查阅外文文献能力方面有了较大的进步。 经过大约两周的课题熟悉，第二步进行了设计的方案、结构的确定，经过对汽车上触板的仔细分析，查阅大量的资料，最终确定了零 件的加工工序，以及确定了加工方案和模具结构。 第三步是本次设计的重点，即对汽车上触板零件加工模具的设计。模具工作零件的设计应该是本次设计的重要的内容，尤其是工步 2的设计更是难点。由于该零件是比较复杂的，所以它的加工涉及了好多冲压加工的工序，完成它的设计，使我更加能够灵活运用以往的知识，学到 了横亘多东西。 总之，本次设计进行了大量的思考与动手，其收益是不能穷举的。 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 41 页 共 42 页 第 7 章 致谢 在此设计期间，李兴成老师的严格要求，使得本次设计能够向着更理想的方向进行，同时，也正是在他的长期帮助下，才使得我的设 计、图纸绘制以及论文完成的以实现，进行，在此向他表示无限的敬意，并保证在今后的工作中一定保持严谨求实的工作作风。 nts江苏技术师范学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 42 页 共 42 页 参考文献 1重庆大学 .
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