调节器压板冲压工艺分析及模具设计

调节器压板冲压工艺分析与模具设计摘要：本文简要概述了冲压模具的作用、地位、现状及发展方向。设计中对本产品加工方案详细地进行了工艺分析和选择。经过分析各个方案的优缺点，我优先采用落料、冲孔连续模，弯曲模来完成零件的生产要求。设计过程中进行了冲裁力的计算，并合适地选择了压力机型号。在计算和查阅相关资料的基础上，按照技术规格，设计了两套模具上的主要零部件，如：凸模、凹模、凸模固顶板、垫板等，并给出了各个零件的零件图样式及相关尺寸。模架、导柱、导套等均采用国家标准形式。在设计说明书最后，我给出了主要零部件的工程图及两套模具的装配图，从而更有利于实际生产需求。基于以上的设计计算，做出一套符合任务要求的模具，同时也满足际生产要求，进行调节器压板的大批量生产。关键词：冲孔落料连续模弯曲模IPlatenoftheregulatorstampingprocessanddiedesignAbstract：Thispaperbrieflysummarizesthefunction,status,presentsituationanddevelopmentdirectionofthedie.Inthedesign,theprocessanalysisandselectionoftheproductprocessingschemearecarriedoutindetail.Throughtheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofeachprogramme,Igiveprioritytotheblanking,punchingcontinuousmold,bendingdietocompletetheproductionrequirementsoftheparts.Thecalculationofblankingforceiscarriedoutinthedesignprocess,andthemodelofthepressischosenappropriately.Incalculationandinspectiononthebasisofrelevantinformation,inaccordancewiththetechnicalspecificationsdesigntwosetsofmouldsthemainparts,suchaspunchandfemaledieandpunchfixboardandsoon,andgivesthevariouspartsofthepartdrawingstyleandsize.Mouldbase,guidepillar,guidesleeveadoptstheformofnationalstandard.Inthedesignofthefinal,Igivethemainpartsoftheengineeringdrawingsandtwosetsofmoldassemblyplan,whichismoreconducivetotheactualproductionneeds.Basedonthedesignandcalculation,asetofmoldsinaccordancewiththerequirementsofthetaskismade,andtheproductionrequirementsofthemachinearealsomet,andthemassproductionoftheregulatorplateiscarriedout.Keywords:PunchingblankingProgressivedieBendingdie;II目录1.绪论.11.1课题背景及研究意义.11.1.1冲压模具加工的作用与地位.11.1.2冷冲模具工业的现状.21.2冷冲模具的未来的发展方向.31.3本次设计的主要内容.42.调节器压板工艺性分析.43.工艺方案的确定.64.工艺设计计算.64.1冲孔落料连续模相关工艺的计算.64.1.1毛坯尺寸计算.64.1.2排样的确定及材料利用率.84.1.3计算冲裁力.104.1.4压力机的选择.114.1.5计算压力中心.124.1.6计算凸模和凹模尺寸.124.1.7凸模外形尺寸的确定.144.1.8凹模设计.174.1.9模柄的选择.194.1.10模架的选择.194.1.11卸料装置的设计.204.1.12模具闭合高度的确定.204.1.13模具的装配图及装配过程.214.2弯曲模相关工艺的计算.224.2.1毛坯展开尺寸计算.224.2.2弯曲力的计算.224.2.3压弯时的顶件力和卸料力.234.2.4弯曲模工作部分结构参数的确定.234.2.5弯曲凸模和凹模之间的间隙.24III4.2.6弯曲凸模凹模宽度尺寸的计算.244.2.7定位方式的选择.264.2.8卸料方式的选择.264.3弯曲模具工作部分结构的确定.264.3.1弯曲凸模长度的计算.264.3.2凸模固定板选用.274.3.3垫板设计.274.3.4弯曲凹模的设计.284.3.5定位板的设计.284.3.6模架的设计.294.3.7模柄的设计.294.3.8模具的闭合高度L.304.3.9压力机的选用.304.3.10整体的装配图与装模过程.31结论.33参考文献.34致谢.3501.绪论冷冲压是在压力机上安装各种冷冲模，在一定的室温之下，对给定的板料等材料进行挤压，使材料的结构分离或产生形变，获得所需求的外形、尺寸和性能的零部件的加工方法。它是在机械加工方法之中水平较高的压力机加工方法。1.1课题背景及研究意义在第二次工业革命以后，人类的随着科学技术的迅猛发展，随即将科技应用到了生产实际当中，推动了机电一体化技术的不断进步，工业机械化模式地广泛应用，工业化生产设备及其结构，功能，生产和操作系统模式已经有了翻天覆地的变化。与此同时，人类在各个科技邻域界都有很大进步，然后各种科学知识相互联合起来，促使工业不在是简单的机械化操作，而是更智能化人性化的操作系统，充分降低了劳动强度，同时满足“交货期短”、“精度高”、质量好”和“价格低”的要求服务。1.1.1冲压模具加工的作用与地位冷冲压加工由于结构较为简单，操作简易，生产环境一般为常温，和实现大批量生产，精度高，生产周期短的特点，所以在工业生产中广泛的采用。更适合大批量生产，可以充分地降低生产成本，提高盈利。而且由于其的特点，故从复杂的电子元件,汽车机身覆盖部分,兵工产品和航空航天设备到小型的垫片，压板等零件加工都离不开冷冲压加工工序。在汽车制造业中，有的零件是采用冲压工%607艺制成的，冷冲压生产所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的。在机电2530及仪器、仪表生产中有的零件是采用冷冲压工艺来完成的。在现今社会%607里，我国和一些发达国家例如美国和日本，都把模具设计与发展视为国家工业进步所需的重中之重的任务，更是鼓励模具累人才的培养。模具行业已然成为工业生产1中的重要部门，代表着高生产质量，高效率，低周期，低劳动力的生产手段。1.1.2冷冲模具工业的现状1国内模具发展现状在我国，以前清朝的“闭关锁国”政策，致使我国人文科技落后了国外几十年，加之近代受到外国侵略者，更牵制我国工业的发展。在新中国成立以后，诸如“大而全”、“小而全”、“自产自配”等陈旧观念的影响，因此我国模具大体来讲都是“品种规格少、生产规模小、流通不畅通”。由于模具本身的特质，其更应大批量地生产，这样才能得到利用模具生产的好处，然而我国的模具市场确是比较分散，凌乱，产品质量差的局势。虽然近几年中国模具发展趋向了标准化，有效的提高我国模具生产效率和产品品质，但与外国相比，竞争压力还很大，离国外模具水平还有很大的差距，加之窝工模具产品“规格少、生产规模小、流通不畅通”，更限制其有利的发展。2国外模具发展现状在几十年前，国外就开始利用模具生产零件。从50年末期，就开始对冲模CAD的研究，并相继出现CAD/CAM/CAE等软件，这些软件在提高生产率，改善产品质量，降低成本，减轻劳动强度等方面有着明显的优越性。下面俩张表勒出了利用软件生产加工的情况：21.2冷冲模具的未来的发展方向（1）冲压成型工艺与理论研究3近年来有很多新的进展,冲压成型过程中,特别是“精密切割、精密成型、精密剪切、复合材料成型、超塑性成形、软模”,等新技术日新月异,越来越精密冲压成形精度、生产率大大提高,是提高高质量的冲压加工新的发展水平。计算机辅助工程(CAE)的引入,使原始的冲压成形有限元分析进行了应力、应变和逐步发展成为计算机工程辅助模拟和分析,从而实现冲压工艺的优化设计；（2）最新的冲模设计软件技术最新的冲压模具设计软件与三维思维、直观的感觉来设计模具结构,生成的3D结构信息可以很容易地用于模具可制造性评价和数控加工、以及多样化的选择,提供了方便，为以后模具的设计和修改减轻了很大负担；（3）在模具设计和生产中，推行应用CAD/CAE/CAM技术；（4）冲压加工自动化、智能化高效化和柔性化；（5）冲模新型材料的研制与开发，实现低成本高利润的目标，广泛的利用新特种合金材料，减少模具的破损率，提高使用寿命，更有利于实现大批量生产；（6）将模具各个零件的标准化提高，鼓励使用标准件，增加标准件的生产，必将模具行业推新的高潮。结语我国的模具技术相对以前来说已经后了很大的提升，但是如今国民经济正在高速的发展，这样一比较供需要求，很明显我国在冷冲模技术方面还应继续提升。为了推进我国社会主义现代化的伟大建设，适应国民经济各部门的发展需求，我们应努力学习相关知识。1.3本次设计的主要内容（1）对给定工件进行工艺分析，确定工艺方案。（2）进行冲压工艺设计：工艺性质、工序数目、工序顺序、工序尺寸确定。（3）模具的总体设计：冲模类型、结构形式等。（4）模具的结构设计：模具工作部分尺寸计算，材料选用、结构尺寸确定等。（5）绘制模具装配图及零件图，完成设计说明书一本。42.调节器压板工艺性分析调节器压板零件图如图所示：制件材料：10钢，厚度1.5mm，大批量压板工艺性分析材料：10号钢，是一种碳素结构钢，能够进行一般的冲压加工，市场5上容易获得；精度：冲裁件所能达到的较为合理的精度为IT14，与零件所标注的公差比较，该零件的精度要求能够在冲裁加工中实践；结构：该制件的结构相对简单，尺寸较小，厚度适中，大批量生产，属于普通冲压件；零件尺寸：该零件是通风调节器压板，宽度为200.2mm，立边高度7.20.2mm，上下弯边的平面长度均为160.5mm，厚度t=1.5mm。根据冷冲模设计弯曲件结构工艺性的要求：“带孔的的板料在弯曲时，如果孔位于弯曲变形区内，则孔的形状会发生畸变”。因此，孔边到弯曲半径中心的距离要保证以下的条件：当t2mm时，Lt；当t2mm时，L2t；本零件L=7-2-1.5-0.5=3mmt=1.5mmLt，所以满足先冲孔后弯曲的要求。3.工艺方案的确定经过分析该零件的结构可知，冲压该零件的基本工序为冲孔、落料和弯曲。因此冲压该制件的工艺方案可能有以下几种：方案一：先落料，在冲孔，后弯曲，采用单工序模生产；方案二：先冲孔落料连续模，再弯曲生产；方案三：冲孔落料弯曲连续模生产。工艺方案分析：方案一，为三个单工序模具，其整体构造简单，加工制造也比较方便，但整体来看，生产制件需要三种工序和三副模具，生产效率低，精度要求也难以保证，很难满足该工件大批量生产要求，所以不宜采用。方案二，先采用连续模冲孔落料，能够保证冲裁件的精度要求，使用范围广，经济效益高。再用弯曲模具进行弯曲加工，用孔做定位能够保证生产出的零件精度。方案三，对于实际生产加工来说，对工人技术和经验要求比较高尺寸精度可以6很好的保证，但模具结构复杂，生产加工困难，维修检查复杂，制造成本较高。综合以上三种方案的分析与比较，选择方案二更为合适。4.工艺设计计算4.1冲孔落料连续模相关工艺的计算4.1.1毛坯尺寸计算根据冷冲模设计书中得知，“一般将r0.5t的弯曲称为有圆角半径的弯曲，而将r0.5t的弯曲称为无圆角半径的弯曲”。零件图尺寸如下图所示：毛坯展开长度计算根据工件图尺寸得知，r=0.5mm，t=1.5mm7R凸模结构的基本类型直通式凸模台阶式凸模本设计采用台阶式凸模，采用固定板固定2凸模的长度使用固定卸料板时的凸模长度，可用以下公式计算：L=H+H+H+Y123式中H凸模固定板厚度，取30mm。1H固定卸料板厚度，取16mm。2H导料板厚度，取6mm3Y附加长度，取8mm。L=30+16+6+8=60mm15冲孔凸模零件图如下所示：落料凸模零件图如下所示：163凸模的固定形式凸模均采用凸模固定板固定，并用螺钉加固。凸模固定板的作用是固定整个凸模，使其能够平稳安定的工作。其外形结构与凹模尺寸相近，合采用H7/m6配合将凸模压入固定板之内，并用螺钉和销将其固定在上模座上。凸模固定板结构尺寸为160mm125mm30mm.4凸模的材料17由于凸模刃口主要进行冲孔或落料，经常受到磨损与挤压。为了减小凸模更换的频率，因此其材料需要具备高度硬度和合适的耐磨性。本制件的凸模形状较为简单，故采用T10A制造，其热处理硬度取5662HRC。凸模工作部分的表面粗糙度为Ra=0.80.4m。5垫板垫板装通常安装在固定板与上模座或下模座之间，它的作用是保护上下模座在冲压是不被凸凹模所挤坏。垫板材料通常选取45钢，热处理硬度取4348HRC。垫板尺寸为160mm125mm6mm。4.1.8凹模设计1凹模洞口形状的选择直壁式斜壁式凸台式本设计采用斜壁式2凹模的外形尺寸凹模厚度H=Kb(15mm)凹模壁厚c=(1.52)H(3040mm)式中b冲裁件的最大外形尺寸；K系数，考虑板料厚度的影响。查冷冲模设计表4-3。H=38mmc=35mm凹模零件图如下所示：183凹模的固定方法凹模一般采用螺钉和销钉固定在下模座，本设计采用台阶式凹模，用凹模固定板固定凹模4凹模的材料凹模材料与凸模选用一样，选用T10A其热处理硬度应该略高于凸模，取6064HRC。表面粗糙度为Ra=0.80.4um。194.1.9模柄的选择模柄通常包含刚性与浮动两大类。当模柄与上模座是刚性连接，彼此不会发生相对位移，成为刚性模柄;当模柄相对上下模座能进行很小的移动，此为浮动模柄。本设计采用刚性模柄，形式如下图所示：压入式模柄与模座孔采用H7/m6，并加销钉以防止转动。这种模柄可较好地保证轴线与上模座的垂直度，适用于各种中小型冲模，在生产中最为常见。材料选用45号钢。4.1.10模架的选择模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成。对模架的基本要求：1）要有足够的强度和刚度；202）要有足够的精度；3）上、下模之间的导向要精确。模架的形式主要有四种基本型式：1.后侧导柱模架2.中间导柱模架3.对角导柱模架4.四导柱模架。本设计采用对角导柱模架结构尺寸采用标准上模座160mm125mm40mm下模座160mm125mm50mm导柱25mm180mm导套25mm95mm38mm4.1.11卸料装置的设计常用的卸料装置一般有刚性卸料装置、弹性卸料装置和废料切刀卸料。本设计采用刚性卸料装置卸料板尺寸采用标准160mm125mm14mm.4.1.12模具闭合高度的确定模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度。21即H0=40+50+38+6+30+60=224mm已知压力机最大装模高度为330mm,所以满足模具的闭合高度与压力机的装模高度的关系，可以使用该压力机。4.1.13模具的装配图及装配过程装配简图如下所示：1-模柄；2-圆柱销；3-螺钉；4-上模座；5-垫板；6-凸模固定板；7-冲孔凸模；8-落料凸模；9-卸料板；10-导料板；11-下模座；12-导套；13-导柱；14-螺钉；15-圆柱销；16-凹模；17-凹模固定板。22模具安装过程：先安装下模座11，然后安装凹模16，用凹模固定板17固定凹模，用圆柱销加15以定位，并用螺钉3加以固定。接着安装导料板10和卸料板9，用螺钉14紧固。将导柱13插入下模座两边。将模柄1压入上模座4，分别将垫板5，落料凸模8、冲孔凸模7以及凸模固定板6用螺钉3和圆柱销2固定在上模座4上，把上模座两端安装导套12.，最后将上下模座按导柱导套装配在一起，并检查各个零部件安装是否合格。4.2弯曲模相关工艺的计算4.2.1毛坯展开尺寸计算由前面计算可知L=38mm4.2.2弯曲力的计算自由弯曲时的弯曲力:23V型件弯曲力：F自=0.6Kbt2b/(r+t)U型件弯曲力：F自=0.7Kbt2b/(r+t)式中F自冲压行程结束时的自由弯曲力（N）；K安全系数，一般K取1.3；b弯曲件的宽度（mm）;t弯曲材料的厚度（mm）;r弯曲件的内弯曲半径（mm）b材料的强度极限（MPa）本弯曲件采用U型弯曲，所以将数据代入上述公式的F自=8190N4.2.3压弯时的顶件力和卸料力顶件力和卸料力FQ值通常取自由弯曲力的3080。FQ=（0.300.8）F自本设计取FQ=0.5F自=4095N弯曲时压力机的吨位确定自由弯曲时，压力机吨位F机F自+FQ即，F机12.285KN4.2.4弯曲模工作部分结构参数的确定1）弯曲凸模圆角半径当弯曲件的相对弯曲半径r/t较小时，凸模圆角半径等于弯曲件的弯曲半径，但必须大于最小弯曲圆角半径；若弯曲件的相对弯曲半径r/t较大，精度要求较高时，凸模圆角半径应根据回弹值相应的修正。本工件r/t=0.33，属于弯曲半径较小的情况，所以凸模圆角半径为0.5mm2）弯曲凹模的圆角半径及其工作部分的深度24生产中，按材料的厚度决定凹模圆角半径：t2mmr凹=（36)tt=24mmr凹=（23)tt4mmr凹=2t已知t=1.5mm，取r凹=4t=41.5=6mm凹模深度L0查冷冲模设计表5-9得，L0=20mm4.2.5弯曲凸模和凹模之间的间隙对于V形件，凸模和凹模之间的间隙是调节压力机的装模高度来控制的。对于U形弯曲件，凸模和凹模之间的间隙值对弯曲件回弹、表面质量和弯曲力均有很大的影响。间隙愈大，回弹增大，工件的误差愈大；间隙过小，会使零件的边部壁厚减薄，降低凹模寿命。凸模和凹模单边间隙Z一般可按下式计算：Z=tmax+ct+t=t+ct式中Z弯曲模凸模和凹模的单边间隙；t材料厚度基本尺寸；材料厚度的上偏差；c间隙系数。其中t=1.5mm,=0.25,查表5-10c=0.1则，Z=1.5+0.25+0.11.5=1.9mm4.2.6弯曲凸模凹模宽度尺寸的计算一般原则是：工件标注外形尺寸则模具以凹模为基准件，间隙取在凸模上。反之，工件标注内形尺寸，则模具以凸模为基准件，间隙取在凹模上。当工件标注外形时，则：L凹=（Lmax0.75）+凹0L凸=（L凹2Z）0凸当工件标注内形时，则：25L凹=（Lmin+0.75)0凸L凸=（L凹+2Z）+凹0式中Lmax弯曲件宽度的最大尺寸；Lmin弯曲件宽度的最小尺寸；L凸凸模宽度；L凹凹模宽度；弯曲件宽度的尺寸公差；凹，凸凸模和凹模的制造偏差，一般按IT9级选用。凸凹模尺寸标记如下所示：L凹1=（Lmax0.75）+凹0=（16-1.5+0.50.751）+0.0430mm=14.25+0.0430mmL凹2=（L凸+2Z）+凹0=（16+21.9）+0.0430=19.3+0.0430mm26L凸1=（L凹-2Z）0凸=（16-1.5-21.9）0-0.043mm=10.70-0.043mmL凸2=（Lmin+0.75）0凸=（16-0.5+0.751）0-0.043mm=16.50-0.043mm4.2.7定位方式的选择采用定位板定位，并安装定位销对孔的位置加以定位，这样可以有效的保证孔和弯曲半径的相对位置，提高结构精度要求。4.2.8卸料方式的选择采用顶杆进行卸料，顶杆采用JB/T7650.1-2008标准规定带肩推杆A8100材料选用45号钢，硬度为4348HRC。4.3弯曲模具工作部分结构的确定4.3.1弯曲凸模长度的计算采用标准取凸模长度为42mm设计图如下所示：27材料选用：模具刃口要有高耐磨性，并能承受弯曲时的冲凉，因此选用T8A号钢，热处理硬度为5860HRC。4.3.2凸模固定板选用凸模固定板选用标准最新模具标准应用手册140mm180mm16mm材料选用45号钢，热处理硬度4348HRC.4.3.3垫板设计28凸模固定板选用标准最新模具标准应用手册采用标准140mm180mm6mm材料选用45号钢，热处理硬度4348HRC.4.3.4弯曲凹模的设计设计结构图尺寸如下：材料选用：T8A号钢，热处理硬度略高于凸模，达到6064HRC。4.3.5定位板的设计定位板的作用是当单个零件加工时，使用定位板，可保证前后工序的位置和尺寸精度要求。29材料选用45号钢，热处理硬度4348HRC.其结构图如下所示4.3.6模架的设计经过对弯曲工序的分析，本设计采用中间导柱模架上模座：140mm80mm30mm下模座：140mm80mm40mm导柱导套标准：导柱：35170mm导套：356018mm4.3.7模柄的设计模柄孔尺寸3050mm30结构采用刚性压入式模柄。Q235号钢，热处理硬度4348HRC.4.3.8模具的闭合高度LL=上模座高度+下模座高度+凸模高度+凹模高度+垫板厚度+镶块厚度上模座高度=30mm下模座高度=40mm凸模高度=42mm凹模高度=14mm垫板厚度=4mm镶块厚度=55mm则，L=（30+40+42+14+4+55）=185mm4.3.9压力机的选用压力机的选用规则可由冲孔落料模的压力机选择方法可得。查冷冲模设计表1-3选用开式双柱可倾式压力机J23-16A公称压力：160KN滑块行程：55mm最大装模高度：220mm31连杆调节量：45mm工作台尺寸（前后mm左右mm）：300450模柄尺寸（直径mm深度mm）：3050电动机功率：1.5KW经验证，该压力机符合模具安装标准。4.3.10整体的装配图与装模过程装配图如下所示：1-模柄；2上模座；-3垫板；-4凸模固定板；-5-弯曲凸模；6-导套；7-导柱；8-定位板；9-凹模镶块；10-导料板；11-圆柱销；12、13-螺钉；14-弯曲凹模；15-凹模镶块；16-螺钉；17垫板；18-推杆；19-下模座。32模具装配过程：首先，在下模座19上安装垫板17，然后在垫板上安装凹模镶块9、15，在镶块9放置弯曲凹模14.接着将下模座与凹模镶块用四个螺钉13加以固定，并用圆柱销11定位。在凹模镶块15上安装定位板8用螺钉12和圆柱销紧固。把弯曲凸模5用凸模固定板4和垫板3固定在上模座2上，用螺钉12和圆柱销11加以固定，然后将两个导柱和导套分别安装在上下模座上，以凹、凸模为中心安装起来。最后检查各个零件是否安装合适。33结论本文所设计的调节器压板经冲孔、落料、弯曲等加工工序完成，采用少废料排样，从而降低了生产所需成本。零件采用先冲孔后落料的工序，以孔进行定位，完成落料弯曲等工序，可以充分保证零件的尺寸精度。本此设计到此也基本结束了，通过这次的毕业设计，感觉几乎用到了大学四年所学的知识，这样的设计，把整个所学的内容系统的联系起来，这样，把我四年的知识巩固和综合起来，使它们变得灵活生动起来，对我以后参加工作也有更加深刻的意义。此外，在此次设计的中使用了word和AUTOCAD两款电脑软件