【CM052】U形卡槽的冲压工艺及模具设计[4套]【KT+FY+RW+PPT】
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【CM052】U形卡槽的冲压工艺及模具设计[4套]【KT+FY+RW+PPT】,cm052,形卡槽,冲压,工艺,模具设计,kt,fy,rw,ppt
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本科毕业 设计说明书 题 目： U 形卡槽的冲压工艺及 模具设计 院 （部）： 材料科学与工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 成型 053 姓 名： 李超 学 号： 2005101234 指导教师： 任国成 完成日期： 2009 年 6 月 2 日 山东建筑大学毕业设计说明书 I 目 录 摘 要 V 前 言 1 具加工及金属薄板冲压加工的特点及优势 1 题讨论及难点分析 2 题总体设计思路 3 2 工艺分析及工艺方案确定 5 件三维造型图 5 件的零件图 5 艺分析 5 边高度计算 6 小孔工艺分析 6 曲部分工艺分析 6 艺方案的确定 6 3落料冲孔模的设计 9 坯尺寸计算 9 样 9 定模具压力中心 10 压力的计算 10 料力 10 孔力 11 山东建筑大学毕业设计说明书 卸料力 11 件力 11 冲压力 11 压设备的选择 11 作部分尺寸计算 12 料凸、凹模刃口的尺寸计算 12 孔凸、凹模的刃口尺寸 13 孔落料复合模的设计 14 料冲孔复合模结构的设计 14 料冲孔复合模主要零件的设计 15 4 冲小孔模的设计 21 定模具压力中心 21 孔力的计算 21 压设备的选择 21 孔凸、凹模刃口尺寸计算 21 小孔模的设计 22 小孔模结构的设计 22 小孔 模主要零件的设计 22 5 翻边模的设计 26 定模具压力中心 26 边力的计算 26 压设备的选择 26 边模刃口尺寸计算 26 边模的设计 27 山东建筑大学毕业设计说明书 翻边模结构的设计 27 边模主要零件的设计 27 6 弯曲模的设计 30 定模具压力中心 30 曲力的 计算 30 压设备的选择 30 边模刃口尺寸计算 30 曲模的设计 31 曲模结构的设计 31 曲模主要零件的设计 32 7 结 论 36 谢 辞 37 参考文献 38 山东建筑大学毕业设计说明书 要 本课题 所设计的 零件 是 较为典型的 U 型弯曲件 。工件 一侧有 小圆孔 和 翻边， 另 一侧有三个孔 ，且 在 U 型卡槽底部有 三道 褶边。通过对零件各部分进行计算分析后最终确定加工工序。 经 计算得翻边可以 一次成型 ，工件整个成型 过程所涉及的工序有：落料、冲孔、冲小孔、翻边、弯曲五步。 在对零件进行工艺分析后， 确定最终工艺方案为：落料冲孔复合，冲小孔、翻边、弯曲顺次进行。 在确定工艺方案的基础上对主要模具进行设计，分析工件成型过程，并画出模具装配图及零件图。 在本次设计中主要对落料复合模以及冲小孔模、翻边模、弯曲模进行设计。 关键词： 落料冲孔；冲小孔；翻边； 弯曲 山东建筑大学毕业设计说明书 V of in on a 1.8 mm on by be by as a of as a In a a 东建筑大学毕业设计说明书 1 前 言 具加工及金属 薄板冲压加工的特点及优势 随着汽车工业的快速发 展，服务于汽车生产的模具近年来也快速发展 1。 服务于汽车生产的模具和塑料模具使用量最大的两大类。此外，还有铸造模具、锻造模具、橡胶模具、粉末冶金模具及拉丝模具和无机材料成型模具等。在汽车工业十分发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到全部模具生产量的 40%以上。经过多年发展，我国目前为汽车服务的模具约已占到了全部模具产量的 1/3 左右 2。在这些模具中，冲压模具在模具行业和汽车覆盖件模具，直接关系到汽车车型，因此其地位尤为重要。要生产出大量的各式各样的汽车，先进 技术装备必不可少，而模具就是汽车先进技术装备中的重要装备。 “现代工业，模具先行 ”、 “没有高水平的模具，就没有高水平的产品 ”，这已成为人们的共识。不管是汽车还是模具，虽然近年来发展迅速，我国已成为生产大国，但离生产强国的距离还很远。然而，要成为制造业强国，要成为汽车、模具等的制造强国是我们的目标。为了向汽车行业提供更为先进的技术装备，必须不断提高汽车冲压模具的冲压模具的水平与能力。 金属薄板冲压成形是现代工业生产中一种非常重要的制造技术 3， 金属薄板及其制品在冲压成形过程中所表现出的成形性能或成形性 ， 是横跨 薄板冶金制造和冲压成形生产两大行业之间的交叉性工程技术 ， 即冲压成形性能及其应用。冲压加工是靠冲压设备和模具实现对板料毛坯的塑性加工过程。冲压加工具有许多十分明显的优点，它利用冲压设备与冲模的简单的运动完成相当复杂形状零件的制造过程，而且并不需要操作工人的过多参与，所以冲压加工的生产效率很高，产品质量稳定，一般情况下，冲压加工的生产效率为每分钟数十件。又由于冲压加工的操作十分简单，为操作过程的机械化与自动化提供了十分有利的条件。因此，对某些工艺成熟的冲压件，生产效率可达每分钟数百件，甚至超过一千件以上。 冲压加工用的原材料多为冷轧板料和冷轧带材 4。原材料的良好表面质量使用大量生产方式、高效而廉价的方法获得的。在冲压加工中这些良好的表面质量又不容易遭到破坏，所以冲压件的表面质量又不致遭到破 坏，所以冲压件的表面质量好，而成本都很低廉。这个特点，在汽车 支撑件 件的生产上表现得十分明显 5。 山东建筑大学毕业设计说明书 2 利用冲压加工方法，可以制造形状十分复杂的零件，能够把强度好、刚度大、重量轻等相互矛盾的特点融为一体，形成十分合理的结构形式。冲压加工时，一般不需要对毛坯加热，而且也不像切削加工那样把一部分金属切成切屑，造成原 材料的损耗，所以它是一种节约能源和资源的具有环保意义的加工方法。 冲压产品的质量与尺寸精度都是由冲模保证的 6，基本上不受操作人员的素质与其他偶然因素的影响，所以冲压产品的质量管理简单，也容易实现自动化与智能化生产。冲压件的尺寸精度与表面质量好，通常都不需要后续的加工而直接装配或作为成品零件直接使用。 冲压加工是一种高生产率的加工方法的，如汽车车身等大型零件每分钟可生产几件，而小零高速冲压则每分钟可生产千件以上。由于冲压加工的毛坯是板材或卷材，一般又在冷状态下加工，因此较易实现机械化和自动化，比较适合配置 机器人而实现无人化生产 7。 冲压加工的材料利用率较高，一般可达 70% 85%，冲压加工的能耗也较低，由于冲压生产具有节材、节能和高生产率等特点，所以冲压件呈批量生产时，其成本比较低，经济效益高 8。 冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。 冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。热冲压件精度和表面状态低于冷冲 压件，但仍优于铸件、锻件，切削加工量少。 冲压是高效的生产方法 9，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件 5。由于冲压加工方法具有前述的许多优点，现在他已经成为金属加工中的一种非常重要的制造方法。 题讨论及难点分析 本课题所要设计的 U 型卡槽 （其三为造型图如图 示） ，它 是凸包定位且焊接组合在车架的电气元件支架类类零件， 材料 ，厚度 为 1生产量 5 万件，首先它是薄板类零件，形状较为复杂，零件又需要翻边，且生产批量较大，山东建筑大学毕业设计说明书 3 这些都是用冲压加工较容易实现而其他加工方法所不具备的，所以用冲压方法来加工该零件是非常理想的。 针对这个零件，分别要经过落料、冲孔、冲小孔、翻边、折弯、 U 形弯曲等几个工序才能完成。在设计每套模具的时候又有很多难点和需要注意的问题。例如在冲 模的强度是否可以达到要求，是不是需要安装一个凸模保护套，还有在翻边的过程中边缘是否会发生破裂，再比如若翻边完成后，弯曲时如何固定板料。这些都是在设计时急需解决的问题。 图 型卡槽示意 图 题总体设计思路 （ 1）分析冲压件的工艺性 山东建筑大学毕业设计说明书 4 根据设计题目的要求，分析冲压件成型的结构工艺性，分析冲压件的形状特点、尺寸、大小、精度要求及所用材料是否符合冲压工艺要求。 （ 2）制定冲压件工艺方案 在分析了冲压件的工艺性后，通常可以列出几种不同的冲压工艺方案（包括工序性质、工序数目、工序顺序及组合方式），从产品质量、生产效率、设备占用情况、模具制造难易程度和模具寿命高低、工艺成本、操作方便和安全程度等方面，进行综合分析、比较，然后确定适合于具体生产条件的最经济合理 的工艺方案。 （ 3）确定毛坯形状、尺寸和下料方式 在最经济的原则下，决定毛坯的形状、尺寸和下料方式，确定材料的消耗量。 （ 4）确定冲模类型及结构形式 根据所确定的工艺方案和冲压件的形状特点、精度要求、生产批量、模具制造条件、操作方便及安全的要求，以及利用现有通用机械化、自动化装置的可能，选定冲模类型及结构形式，绘制模具结构草图。 （ 5）进行必要的工艺计算 计算毛坯尺寸，以便在最经济的原则下进行排样和合理使用材料。 计算冲压力（冲裁力、弯曲力、卸料力、推件力等）以便选择压力机。 计算模具压力中心，防止模 具因受偏心负荷作用影响模具寿命和精度。 计算模具各主要零件（凹模、凸模、凸模固定板、垫板）的外形尺寸，以及卸料弹簧的自由高度等。 确定凸、凹模的间隙，计算凸、凹模工作部分尺寸 9。 （ 6）选择压力机 压力机的选择是模具设计的一项重要内容，设计模具时必须把所选的压力机的类型、型号、规格确定下来。压力机的确定主要取决于冲压工艺的要求和冲模结构情况。 （ 7）绘制模具总图和非标准零件图 山东建筑大学毕业设计说明书 5 2 工艺分析及工艺方案确定 件的零件图 U 型卡槽的零件图如图 型卡槽零件图 艺分析 本 课题所要设计的 U 型卡槽，是凸包定位且焊接组合在车架的电气元件支架类类零件，该零件属隐蔽件，外观上要求不高，只需平整。 材料 ，厚度为 1生产量 5 万件。此零件属于较为典型的 U 型弯曲件，其两侧都有孔，其中一侧有翻边，且有一个直径为 小圆孔，另外在 U 型卡槽底部有三道90的褶边。根据零件的形状，需要分别经过落料、冲孔、 冲小孔、翻边、折弯、山东建筑大学毕业设计说明书 6 U 形弯曲等几个工序才能完成。如果翻边无法成型出零件的形状，就需要先拉深再翻边。现首先 对翻边部分进行计算，确定能否一次成形，然后对零件中 析，最后对弯曲部分进行工艺讨论。 另外，零件图中的尺寸公差为未注公差，在处理这类零件时 按 要求 10。 边高度计算 （ 1）核算能否采用一次翻边达到零件要求的高度 查表（ 611取极限翻边系数 最大翻边高度 11: （ =(+零件实际翻边高度 H=以，直接翻边可以达到零件翻边高度，无需再采用浅拉深工艺。 小孔工艺分析 由于零件上有一个 与另外一个孔距离太近，无法在第一套模具冲出，所以只能单独用一套模具来对其进行加工。在设计模具的时候用特别注意冲孔凸模应由保护套来进行保护，否则凸模的使用寿命会大大降低，另外在零件的定位及导向上也许特别注意。 曲部分工艺分析 本零件是典型的 U 型弯曲件， 在弯曲 过程中会可能出现回弹 ，但其对外性要求不高，可以忽略不计。弯曲圆角半径 为 =故此零件形状、尺寸均满足弯曲工艺的要求，可以弯曲工序进行加工。 艺方案的确定 通过工艺性分析，可得到以下几种方案： （ 1） 单工序落料、冲孔、 冲小孔、翻边、折弯、 弯曲，采用单工序模具。每道工序山东建筑大学毕业设计说明书 7 分别设计一套模具，加工过程中按照工序一步步完成。 优点：设计简单明了，设备冲裁力不必很大就可完成工作。 缺点： 每道工序都要制作一套模具。模具 费用昂贵，这就增加了生产成本； 生产过程中，坯料要经过至少 6 道工序，工序繁杂，生产效率低； 坯料每经过一道工序就要重新定位以便于加工，这就增加了尺寸误差，使产品精度下降； 占用车间工位和设备，不方便操作 12。 （ 2） 采用 复合模 进行加工，即落料冲孔复合，冲小孔、翻边、弯曲顺次进行，在弯曲时顺便加工出零件底部褶边的形状。 优点：在完 成这些工序过程中，冲压坯料无需进给移动 。 生产效 率高，结构简单，节省制造费用，且定位准确，生产精度高。 缺点：需要的冲裁力较大，模具制作复杂，生产过程中容易磨损。 （ 3） 级进模：冲孔、落料、 冲小孔、翻边、折弯、 弯曲递进完成。 优点： 生产效率高且操作安全。 缺点： 模具结构复杂，制造周期长，生产成本高，因此只有在特大量生产中才比较适宜 。定位不准确 ，尤其是在冲小孔时无法保证尺寸精度。 综合考虑成本、效率 生产批量 和要生产的实际工件等方面 因素，采用复合模 加工 比较合理 。经落料冲孔、冲小孔、翻边后的坯料图分别如图 示。 图 料冲孔后的零件 图 山东建筑大学毕业设计说明书 8 图 小孔后的零件 图 图 边后的零件 图 山东建筑大学毕业设计说明书 9 3落料冲孔模的设计 坯尺寸计算 毛坯宽度计算： 因为 r/t=照中国模具设计大典 12表 x=表 l 弯 =l=2 l 直 1 l 直 2 2 l 弯 （ =215 2毛坯的外形尺寸为长 L 为 63 为 长方形板料。 样 工件排样根据落料工序设计，考虑操作方便及模具结构简单，由于件展开尺寸大于 65此采用单行排列，查表 23得 搭边值 a=2料的排样图如图 ： 条料宽： b=63+2a=67料的进距为： h=料的利用率： =s/（ 100 （ = 67 100 = 山东建筑大学毕业设计说明书 10 图 料排样图 定模具压力中心 由于零件形状左右对称，上下不对称，故 （ =压力 的 计算 料力 F 落 = （ =15 东建筑大学毕业设计说明书 11 孔力 F 孔 = （ = 1215 卸料力 F 卸 = K 卸 F 落 （ = 推件力 F 推 = K 推 F 孔 （ = 总冲压力 F 总 = F 落 F 孔 F 卸 F 推 （ =压设备的选择 为了 保证 安全，防止设备的 过 载，可按公称压力 F 压 ( 总 的原则选取压力机 13。 参照 冲压工艺与模具设计 14，落料冲孔工步可选取公称压力 160 式双柱可倾压力机，该压力 机与模具设计的有关参数为；公称压力： 160滑块行程： 70最大闭合高度： 220封闭高度调节量： 60 工作台尺寸：45000模柄孔尺寸： 300 山东建筑大学毕业设计说明书 12 作部分尺寸计算 料 凸、 凹模刃口的尺寸计算 落料 时应先确定 凹模的尺寸。由于工件尺寸属于未注公差尺寸 ， 在计算凸模与凹模尺寸时，冲压件公差尺寸的极限偏差数值通常按 。 凸模尺寸按照凹模尺寸配做，保证其最小间隙值为零。 该零件材料为 ，料厚 1冲压工艺与模具设计 ， 表 2查得 ： (由表 2得凸 、 凹模制造公差： 落料部分： d=+ p= d + p= + = (由 实用 冲压工艺与模具设计 15表 3查得： 落料 凹模长： x=料 凹模宽： x=料凹模 长 ： d 0 (=( 中 ： 零件的制造偏差 ， x系数 落料凹模 宽 ： d 0 (=( 料凸模 长 ： p(=(料凸模 宽 ： A p(山东建筑大学毕业设计说明书 13 =( 冲孔凸、凹模的刃口尺寸 冲孔时应先确定凸模的尺寸。由于工件尺寸属于未注公差尺寸，在计算凸模与凹模尺寸时，冲压件公差尺寸的极限偏差数值通常按 15。凹模尺寸按照凸模尺寸配做，保证其最小间隙值为零。 由表 2得凸 、 凹模制造公差 ： d=+ p= d + p=+ (对 d+x)0p(= (002.0 d0(= ( = d+x)0p(= (002.0 d0(= ( = 对 d+x)0p(= (002.0 山东建筑大学毕业设计说明书 14 d0(= ( = 对 5： d+x)0p(= (002.0 d0 (= ( = mm d+x)0p (= (5+002.0 d0 (= ( = 孔落料复合模的设计 料冲孔复合模结构的设计 (1) 模具总体设计 在确定采用复合模后，便要考虑采用正装式还是倒装式复合模。采用倒装式复合模，拉深后工件嵌在上模部分的落料凹模内，由推件装置推出，再由压力机上附加的接件装置接走，条料由下模的卸料装置脱出。这样操作方便而且安全，能保证较高 的生产率。而正装式复合模，工件则由下模的推件装置向上推出，条料由上模卸料装置脱出，二者混杂在一起，如果万一来不及排除废料或工件而进行下一次冲压，就容易山东建筑大学毕业设计说明书 15 崩裂模具刃口。因此，这副落料冲孔复合模采用倒装结构。 (2) 推件装置 在倒装式复合模中，冲裁后工件嵌在上模部分的落料凹模内，需由刚性或弹性推件装置推出。刚性推件装置推件可靠，可以将工件稳当地推出凹模，但在冲裁时，刚性推件装置对工件不起压平作用，故工件平整度和尺寸精度比用弹性推件装置时要低些。 根据生产实际经验，用刚性推件装置已能保证零件所有尺寸精度，故这副模 具采用刚性推件块。 (3) 卸料装置 复合模冲裁时，条料将卡在凸凹模外缘，因此需要在下模装卸料装置。卸料装置有二种形式：一种是将卸料零件，装在卸料板与凸凹模固定板之间；另一种是将卸料零件装设在下模板下面。由于零件的条料卸料力大，故采用前一种结构复杂，弹性卸料装置。 (4) 导向装置 15 由于工件为弯曲件精度要求不高，而且材料不是很薄，模具间隙一般 ，故采用中间导柱模架。 (5) 工作过程 本冲模在一次行程中完成落料、冲孔两个工序，生产效率高。冲压时，条料从 5 3凸凹模和 18落料凹模进行落料。 11顶 板继续下行， 7活动 挡料销挡住板料， 3凸凹模和 12、 13 凸模完成工件冲孔工序。冲孔后，嵌在 3凸凹模内的工件由 9推件器 推出，废料由 4卸料板卸下，整个过程完成。 落料冲孔复合模装配图如图 示： 料冲孔复合模主要零件的设计 对于复合模来说，工作部分包括凸凹模、凸模和凹模三个零件。现在这副模具的凸凹模用电火花线切割一次割出，所以要将凸凹模的刃口尺寸全部算出，其外形按落料凹模计算，内孔按冲孔凸模计算。凸模按凸凹模内孔线切割，也需标出刃口尺寸 16。凹模也用线切 割加工，无论是光电跟踪还是程序控制的线切割，在制作光电跟踪图或者计算输入方程时，均以凹模刃口工作部分尺寸作为依据， 故 凹模刃口尺寸也需计算。 山东建筑大学毕业设计说明书 16 图 料冲孔复合模装配图 123456789101112 凸模 13 凸模 1415161718 1920212223 圆柱销 2425由于，凸凹模、凸模和凹模三个零件都需要进行线切割 ，而且三个之间的尺寸有一定的联系，所以可以连续加工。首先，加工一块凹模外形尺寸的模具板材，确定压力中心，在板材上线切割出凹模的刃口，调节线切割设备选用合适的钼丝使切割量小于凸、凹模间隙，在切下的废料上切割出拉深凹模刃口，接下来在切下的废料上切割出拉深凸模，然后在数控铣上铣出头部曲面，完成模具工作零件的加工 17。 （ 1） 落料凹模的设计 17 材料： 外形尺寸： 160 125 24； 由于大批量生产，对刃口强度要求较高 ，所以刃口采用直刃式，磨损后刃口尺寸变化小，凹模刃口厚度为 14 加工后进行热处理： 58 60 凹模采用 钉定位，通过 4 个 六角 螺钉经过 凸模 固定板与垫板紧固在山东建筑大学毕业设计说明书 17 上模座上 ， 表面粗糙度为 如图 示。 （ 2） 凸凹模的设计 材料： 外形尺寸：如图 示 加工后进行热处理： 58 凸凹模 通过 通过四个 钉 和两个圆柱销 固 定 在下模座上 ， 表面粗糙度为 （ 3） 四个 冲孔凸模的设计 18 材料： 凸模圆角半径为 5 加工后进行热处理： 58 凸模通过与固定板一起磨平后卡在一起；表面粗糙度为 模、 凸模、 凸模、 5 图 示 。 图 料凹模 山东建筑大学毕业设计说明书 18 图 凹模 图 凸模 图 凸模 山东建筑大学毕业设计说明书 19 图 凸模 图 凸模 （ 4） 卸料板的设计 卸料装 置的形式比较多，它包括固定卸料板、活动卸料板、弹压卸料板和废料切刀等几种。本制 件较薄且要求平整，而且卸料板是用在复合模中，所以选用弹压卸料板 如图 示。 图 料板 山东建筑大学毕业设计说明书 20 （ 5） 模柄的选择 16 中小型冲模通过模柄将上模固定在压力机的滑块上。通过对制件的分析，决定采用适合于较大模具上的凸缘模柄，如图 （ 6） 固定板与垫板的设计 固定板选用矩形，厚度是 22定板选用规格是 16012522。 垫板不需经淬硬磨平，厚度取 10板选用规格是 16012510。 图 缘模柄 山东建筑大学毕业设计说明书 21 4 冲小孔模的设计 定模具压力中心 由于零件形状左右对称，上下不对称
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